Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дагестанский государственный университет»

Физический факультет

Методическое пособие

к выполнению лабораторных работ по курсу

«Материалы электронной техники»

Автор:

доцент каф.ЭФ, к.ф.-м.н.

Офицерова Н.В.

Махачкала 2017

Содержание.

1. Лабораторная работа №1. Определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

2. Лабораторная работа №2. Исследование электропроводности металлов.

3. Лабораторная работа №3. Определение концентрации и холловской подвижности основных носителей заряда.

4. Лабораторная работа №4. Исследование электропроводности тугоплавких металлов и сплавов высокого сопротивления.

5. Лабораторная работа №5. Исследование сегнетоэлектриков.

6. Лабораторная работа №6. Исследование диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь в твердых диэлектриках.

7. Лабораторная работа №7. Исследование влияния магнитного поля на удельное сопротивление полупроводника.

Лабораторная работа №1

Определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Цель работы: определение ширины запрещенной зоны германия, используя температурную зависимость электропроводности.

Теория

Порядок выполнения работы

Контрольные вопросы

Литература

Теория

Удельная электропроводность твердого тела зависит от концентрации носителей заряда, их подвижности и определяется по формуле:

(1)

где e – заряд, n – концентрация свободных носителей заряда, m - подвижность носителей заряда.

Собственный полупроводник. Собственная проводимость

Рассмотрим механизм проводимости собственного полупроводника на примере классических полупроводников Ge, Si – 4 – ой группы таблицы Д.И. Менделеева, валентность – 4, каждый атом Si и Ge образуют парноэлектронную связь с 4 – мя ближайшими соседями. Вид этих связей в плоскости показан на рис.1а. В узле решетки находится атомный остаток с зарядом +4, заряд которого компенсируется четырьмя валентными электронами, участвующими в связях.

В электрическом поле в таком полупроводнике ток не возникает, так как нет свободных электронов. Если под действием каких - либо внешних факторов происходит разрыв валентной связи, т.е. отрыв электрона от атома, то возникает свободный электрон, а в месте разрыва валентной связи образуется положительный заряд. Этот положительный заряд или ненасыщенная валентная связь получила название дырки. Таким образом, при ионизации атомов решетки образуются свободные электроны и свободные дырки. На зонной диаграмме это означает переход электрона из валентной зоны в зону проводимости (рис.1б). Отметим, что свободны только электроны, перешедшие в зону проводимости и дырки в валентной зоне. В таком кристалле число свободных электронов равно числу свободных дырок.

Полупроводник, в котором свободные носители заряда образуются за счет ионизации атомов решетки или разрыва валентных связей называется собственным, а электропроводность, обусловленная ими, называется собственной электропроводностью. Во внешнем электрическом поле будут двигаться свободные электроны и дырки. Электроны будут двигаться против поля, а дырки по направлению поля. Электропроводность, обусловленная движением дырок, называется дырочной проводимостью. Следовательно, электрический ток в собственном полупроводнике определяется двумя составляющими – электронным и дырочным токами. Суммарная электропроводность равна:

(2)

где p и m_p концентрация и подвижность дырок, соответственно.

Так как в собственном полупроводнике концентрации электронов и дырок равны, то

(3)

где i – индекс собственной проводимости.

Энергия ионизации атомов решетки равна ширине запрещенной зоны. Для Ge она составляет 0,66 эВ, для Si– 1,12 эВ.

а) б)

Рис.1. Схематическое изображение кристаллической решетки (а) и зонная энергетическая диаграмма (б) собственного полупроводника.