Ennek a tapasztalatnak a célja a sávrés szélessége egy félvezető anyagból. A tapasztalat alapja a függőség elektromos vezetőképesség egy félvezető a hőfok.
ELMÉLETI ALAP
Egyes anyagok figyelemre méltó jellemzője, hogy a fémekben történő vezetéssel ellentétben vezetőképességük a hőmérséklet hatására növekszik. Ezeket az anyagokat ún félvezetők és viselkedése a energiasáv-elmélet szilárd anyagokban.
Csakúgy, mint a szigetelőknél, az alsó energia sáv (valencia sáv) teljes és egy tiltott sáv választja el a következő üres energia sávtól. A vegyérték és a vezetősávok közötti tiltott energia tartomány létfontosságú a félvezetők elektromos jellemzőinek magyarázatához.
Ez a tiltott energiaintervallum megfelel annak az energiának, amelyet a vegyérték sávból származó elektronnak meg kell kapnia, hogy átjuthasson a vezetősávba. A félvezetők sávszélessége kicsi (kb. 1 eV), így könnyű az elektronokat hővel gerjeszteni a vegyérték sávtól a vezető sávig.
A termikus keverés növekedésével az atomkötések megszakadnak és elektron-lyuk párok jönnek létre, ami megnöveli a töltéshordozók számát: elektromos vezetőképességet kapnak a vezetősávban lévő gerjesztett elektronok és a vezetősávban lévő lyukak.
Következésképpen a vezetőképesség gyorsan növekszik a hőmérséklet hatására. Ha a mintában lévő szennyeződések mértéke nem túl magas (belső félvezető), akkor a vezetőképesség hőmérséklettől való függését egy exponenciális függvény írja le:
hol PÉLDÁUL a tiltott sáv energiaszélessége, kB Boltzmann állandója, T az abszolút hőmérséklet és σ konstans (változik a hőmérséklettől, de állandónak tekinthető az exponenciális tényező változásaival szemben, mindaddig, amíg EG >> kB T).
Az egyenlet linearizálásával és az adatok ábrázolásával ln ellen 1/T, a lineáris függvény beállítása a legkisebb négyzetek módszerével végezhető el, és megkapja a tiltott sáv energiáját PÉLDÁUL a kapott vonal meredekségétől.
A félvezető minta vezetőképességének hőmérsékleti változásának elérése érdekében elektromos áramot vezetünk át a lemezen, és mérjük a szélsőértékei közötti potenciálkülönbséget különböző hőmérsékleteken. A vezetőképességi értéket az egyes hőmérsékletek ohmos ellenállásából kapjuk:
hol l a lemez hossza és S a szakaszod.
A gyakorlat elvégzéséhez szükséges anyagok (balról jobbra): ampermérő, hőmérő, fűtési ellenállás, a félvezető lemez tartója, voltmérő, tápegység és a csatlakozásukhoz szükséges különféle kábelek:
Minden kapcsolódó anyag:
A félvezető tábla és csatlakozásainak támasztéka, ampermérő (piros), voltmérő (kék), hőmérő (sárga) és a tápegységből (fekete):
Applet: Kattintson ide a kézikönyv eléréséhez.