Порядок выполнения работы

6.1 Измерения электропроводности полупроводника.

6.1.1. Ознакомление с приборами.

Убедиться, что собранная электрическая схема соответствует рис. 6.

Включить источник тока с помощью выключателя, находящегося на задней панели прибора. Убедиться, что на измерительном модуле загорелся индикаторный светодиод. Ознакомиться с имеющимися на передней панели модуля органами управления:

· кнопка I_p – T – переключает дисплей модуля на индикацию тока через образец Ip или температуры tº;

· ручка - служит для управления током через образец;

· гнезда для измерения напряжения на образце U расположены в нижней части модуля.

Установить ток через образец I_p равным 0.

Включить цифровой мультиметр и ознакомиться с его органами управления. В мультиметре предусмотрено автоматическое отключение питания при длительном простое, в этом случае надо еще раз его включить.

6.1.2. Измерения электропроводности полупроводника

1) Измерить зависимость падения напряжения U на образце от тока через образец I_р при комнатной температуре. Изменять ток от 0 до 30 мА с шагом 5 мА.

Табл.1.

2). Измерить зависимость падения напряжения на образце от температуры при заданном значении тока (задается преподавателем в пределах от 5 до 30 мА). Предварительно необходимо нагреть образец до температуры 170 ºС, а данные снимать при охлаждении образца. Для этого:

а) переключить индикатор модуля на измерение температуры;

б) нажать кнопку «on/off» на задней панели модуля;

в) дождаться температуры 170 ºС.

г) выключить нагрев кнопкой «on/off».

е) измерения проводить от 170 ºС до 60 ºС с шагом 10 ºС, от 60 ºС до 40 ºС с шагом 5ºС, от 40 ºС до комнатной – с шагом 2 ºС. Данные занести в табл.2.

Табл.2.

6.1.3. Обработка результатов

1) По результатам табл.1 построить зависимость I_p от U. По наклону линии определить сопротивление R₀, удельное сопротивление ρ₀ и удельную проводимость σ₀ образца при комнатной температуре. Определить погрешность этих величин.

2) Заполнить табл.2 , используя соотношение:

,

где площадь сечения образца S=10 мм², длина образца ℓ=20 мм.

3) Построить зависимость падения напряжения на образце U от температуры tº по данным табл.2.

4) Построить зависимость ln(σ) от обратной температуры 1/Т. По наклону высокотемпературной ветви графика рассчитать ширину запрещенной зоны образца:

tg(α)=E_g/(2k),

где E_g – ширина запрещенной зоны образца, k=1,38·10^-23 Дж/К=8,625·10^-5 эВ – постоянная Больцмана. Определить погрешность измерений.

6.2 Измерения электропроводности металла

6.2.1. Ознакомление с приборами. Амперметр встроен в источник постоянного тока 2. Изучить пределы измерений приборов. Проверить соответствие выбранного диапазона измерений напряжения и правильность подключения проводов к мультиметру. Установить напряжение ??? на источнике постоянного тока.

6.2.2. Измерение электропроводности металла

1) Измерить и записать температуру в комнате.

2) Измерить зависимость падения напряжения U на образце от тока через образец I при комнатной температуре. Изменять ток от 0 до 18 А с шагом 1 А. Данные занести в табл.3.

Табл.3.

3) Измерить зависимость падения напряжения на образце от температуры при заданном значении тока (задается преподавателем в пределах от 5 до 15 А). Предварительно необходимо нагреть образец до температуры 150 ºС, а данные снимать при охлаждении образца. Для этого:

а) включить источник переменного тока на напряжение 8 В;

б) дождаться температуры 150 ºС;

в) выключить источник переменного тока 6;

г) измерения проводить от 150 ºС до комнатной температуры с шагом 20 ºС. Данные занести в табл.4.

Табл.4.

6.2.3. Обработка результатов

1) По результатам табл.3 построить зависимость I от U. По наклону линии определить сопротивление R₀, удельное сопротивление ρ₀ и удельную проводимость σ₀ образца при комнатной температуре. Определить погрешность этих величин.

2) Заполнить табл.4 , используя соотношение:

,

где площадь сечения образца S= 25.5 мм ×18 мкм, длина образца ℓ = 28 мм.

3) Построить зависимость логарифма удельной проводимости ln(σ) от обратной температуры 1/Т. Сравнить с аналогичной зависимостью для полупроводника. Объяснить различия.

3) Построить зависимость удельного сопротивления металла ρ от температуры T по данным табл.4.

4) Проверить выполнение линейной зависимости ρ(T) в исследуемом диапазоне температур. Определить температурный коэффициент удельного сопротивления меди :

Сравнить со справочными данными.

5) Используя формулы (1) и (3) определить длину свободного пробега электрона в меди. Построить зависимость средней длины свободного пробега электрона в металле от температуры.