Ìèíèñòåðñòâî îáðàçîâàíèÿ è íàóêè ÐÔ

Ôåäåðàëüíîå ãîñóäàðñòâåííîå áþäæåòíîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ

«Äàãåñòàíñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò»

Ôèçè÷åñêèé ôàêóëüòåò

 

 

 

 

 

 

 

 

Ìåòîäè÷åñêîå ïîñîáèå

 

 

ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ïî êóðñó

«Ìàòåðèàëû ýëåêòðîííîé òåõíèêè»

 

 

 

 

 

 

 

 

Àâòîð:

äîöåíò êàôÔ, ê.ô.-ì.í.

Îôèöåðîâà Í.Â.

 

 

 

 

 

Ìàõà÷êàëà 2017


Ñîäåðæàíèå.

1.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹1. Îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû ïîëóïðîâîäíèêà.

2.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹2. Èññëåäîâàíèå ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ìåòàëëîâ.

3.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹3. Îïðåäåëåíèå êîíöåíòðàöèè è õîëëîâñêîé ïîäâèæíîñòè îñíîâíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà.

4.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹4. Èññëåäîâàíèå ýëåêòðîïðîâîäíîñòè òóãîïëàâêèõ ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ âûñîêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ.

5.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹5. Èññëåäîâàíèå ñåãíåòîýëåêòðèêîâ.

6.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹6. Èññëåäîâàíèå äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè è äèýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåðü â òâåðäûõ äèýëåêòðèêàõ.

7.           Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹7. Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ïîëóïðîâîäíèêà.

 


 

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹1

Îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû ïîëóïðîâîäíèêà.

 

Öåëü ðàáîòû: îïðåäåëåíèå øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû ãåðìàíèÿ, èñïîëüçóÿ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ýëåêòðîïðîâîäíîñòè.

 

Òåîðèÿ

Ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ ðàáîòû

Êîíòðîëüíûå âîïðîñû

Ëèòåðàòóðà

Òåîðèÿ

Óäåëüíàÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü òâåðäîãî òåëà çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà, èõ ïîäâèæíîñòè è îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

                                                                            (1)

ãäå e – çàðÿä, n – êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà, m - ïîäâèæíîñòü íîñèòåëåé çàðÿäà.

 

Ñîáñòâåííûé ïîëóïðîâîäíèê. Ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü

Ðàññìîòðèì ìåõàíèçì ïðîâîäèìîñòè ñîáñòâåííîãî ïîëóïðîâîäíèêà íà ïðèìåðå êëàññè÷åñêèõ ïîëóïðîâîäíèêîâ Ge, Si – 4 – îé ãðóïïû òàáëèöû Ä.È. Ìåíäåëååâà, âàëåíòíîñòü – 4, êàæäûé àòîì Si è Ge îáðàçóþò ïàðíîýëåêòðîííóþ ñâÿçü ñ 4 – ìÿ áëèæàéøèìè ñîñåäÿìè. Âèä ýòèõ ñâÿçåé â ïëîñêîñòè ïîêàçàí íà ðèñ.1à.  óçëå ðåøåòêè íàõîäèòñÿ àòîìíûé îñòàòîê ñ çàðÿäîì +4, çàðÿä êîòîðîãî êîìïåíñèðóåòñÿ ÷åòûðüìÿ âàëåíòíûìè ýëåêòðîíàìè, ó÷àñòâóþùèìè â ñâÿçÿõ.

 ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå â òàêîì ïîëóïðîâîäíèêå òîê íå âîçíèêàåò, òàê êàê íåò ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ. Åñëè ïîä äåéñòâèåì êàêèõ - ëèáî âíåøíèõ ôàêòîðîâ ïðîèñõîäèò ðàçðûâ âàëåíòíîé ñâÿçè, ò.å. îòðûâ ýëåêòðîíà îò àòîìà, òî âîçíèêàåò ñâîáîäíûé ýëåêòðîí, à â ìåñòå ðàçðûâà âàëåíòíîé ñâÿçè îáðàçóåòñÿ ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä. Ýòîò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä èëè íåíàñûùåííàÿ âàëåíòíàÿ ñâÿçü ïîëó÷èëà íàçâàíèå äûðêè. Òàêèì îáðàçîì, ïðè èîíèçàöèè àòîìîâ ðåøåòêè îáðàçóþòñÿ ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è ñâîáîäíûå äûðêè. Íà çîííîé äèàãðàììå ýòî îçíà÷àåò ïåðåõîä ýëåêòðîíà èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè (ðèñ.1á). Îòìåòèì, ÷òî ñâîáîäíû òîëüêî ýëåêòðîíû, ïåðåøåäøèå â çîíó ïðîâîäèìîñòè è äûðêè â âàëåíòíîé çîíå.  òàêîì êðèñòàëëå ÷èñëî ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ ðàâíî ÷èñëó ñâîáîäíûõ äûðîê.

Ïîëóïðîâîäíèê, â êîòîðîì ñâîáîäíûå íîñèòåëè çàðÿäà îáðàçóþòñÿ çà ñ÷åò èîíèçàöèè àòîìîâ ðåøåòêè èëè ðàçðûâà âàëåíòíûõ ñâÿçåé íàçûâàåòñÿ ñîáñòâåííûì, à ýëåêòðîïðîâîäíîñòü, îáóñëîâëåííàÿ èìè, íàçûâàåòñÿ ñîáñòâåííîé ýëåêòðîïðîâîäíîñòüþ. Âî âíåøíåì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå áóäóò äâèãàòüñÿ ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû è äûðêè. Ýëåêòðîíû áóäóò äâèãàòüñÿ ïðîòèâ ïîëÿ, à äûðêè ïî íàïðàâëåíèþ ïîëÿ. Ýëåêòðîïðîâîäíîñòü, îáóñëîâëåííàÿ äâèæåíèåì äûðîê, íàçûâàåòñÿ äûðî÷íîé ïðîâîäèìîñòüþ. Ñëåäîâàòåëüíî, ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ñîáñòâåííîì ïîëóïðîâîäíèêå îïðåäåëÿåòñÿ äâóìÿ ñîñòàâëÿþùèìè – ýëåêòðîííûì è äûðî÷íûì òîêàìè. Ñóììàðíàÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ðàâíà:

                                                                        (2)

ãäå p è mp êîíöåíòðàöèÿ è ïîäâèæíîñòü äûðîê, ñîîòâåòñòâåííî.

Òàê êàê â ñîáñòâåííîì ïîëóïðîâîäíèêå êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê ðàâíû, òî

                                                                        (3)

ãäå i – èíäåêñ ñîáñòâåííîé ïðîâîäèìîñòè.

 Ýíåðãèÿ èîíèçàöèè àòîìîâ ðåøåòêè ðàâíà øèðèíå çàïðåùåííîé çîíû. Äëÿ Ge îíà ñîñòàâëÿåò 0,66 ýÂ, äëÿ Si– 1,12 ýÂ.

Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Îïèñàíèå: Nat 2

                                à)                                                                         á)

Ðèñ.1. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè (à) è çîííàÿ ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà (á) ñîáñòâåííîãî ïîëóïðîâîäíèêà.