5. Метод измерения

При определении температурной зависимости электропроводности полупроводников необходимо выбирать метод измерения, который исключает влияние термоЭДС, возникающей в местах соприкосновения подводящих проводов с полупроводником. В данной работе применяется компенсационная схема на пульсирующем токе. Через образец и последовательное включенное сопротивление R пропускается ток I (рис. 2.4). Падение напряжения U_r между измерительными зондами 1 и 2 сравнивается с напряжением на сопротивлении U_{R .} Изменяя сопротивление R, можно установить U_r = U_R.

Рис. 2.4. Включение образца и измерительного сопротивления в схему

Принципиальная схема установки, на которой проводятся измерения, показана на рис. 2.5. Ток I, проходящий через образец и эталонное сопротивление R₃, с помощью переключателя П₁ преобразуется в переменный (прямоугольной формы). Переключатели П₁, так же как П₂ и П₃, представляют собой поляризованные реле, обмотки которых питаются от сети (50 Гц). Все переключатели работают синхронно и в определенном фазовом соотношении. Когда течет ток через образец в одном направлении (I⁺), конденсатор С₁ соединен с сопротивлением R₃, а С₂ – с образцом. При другом направлении тока (I^-) положение конденсаторов меняется. Все эти циклы переключений повторяются 50 раз в секунду и создают в цепи гальванометра Г пульсирующий постоянный ток, вызванный разностью напряжений на эталонном сопротивлении и на образце.

Изменяя сопротивление R₃, можно добиться отсутствия тока через гальванометр. При этом падение напряжения между измерительными зондами U_r равно падению напряжения U_R на сопротивлении R₃, т. е. U_r = U_R. Следовательно, при балансе схемы сопротивление магазина равно сопротивлению образца полупроводника. Из этих данных легко подсчитать проводимость образца:

, (2.19)

где s = 0,16 см² – поперечное сечение образца;

L = 2 см – расстояние между зондами.

Для того чтобы исключить влияние термоЭДС, вызванной градиентом температуры вдоль образца, в схему вводится блокировочный конденсатор С₃.

Рис. 2.5. Принципиальная схема установки для измерения сопротивления

полупроводника

5. Описание экспериментальной установки

Исследуемый образец в специальном зажиме помещается в электронагревательную печь. Температура образца измеряется термометром. Ток в цепь из образцового сопротивления и прямоугольного образца германия подается от стабилизированного источника питания ВС-12 через сопротивление R₂ = 80 кОм. Потенциометр R₁ служит для регулирования тока, величина которого контролируется миллиамперметром. Образцовое сопротивление состоит из четырехкаскадного магазина сопротивлений. Декады магазина позволяют измерять сопротивления образцов в диапазоне 1 –10 000 Ом.

Задание

1. Включить питание схемы.

2. Переменным резистором R установить ток через образец германия, равный 0,5 мА.

3. Подбирая сопротивление магазина, добиться нулевого отклонения гальванометра. Сопротивление магазина будет соответствовать сопротивлению образца германия при комнатной температуре.

4. Включить термостат.

5. Провести измерение сопротивления при нагревании образца германия через каждые 10° до температуры 140° С и охлаждении его до комнатной. Результаты измерений занести в таблицу.

6. Построить зависимость ln() от 1/Т (температура в кельвинах). По наклону температурной зависимости проводимости определить ширину запрещенной зоны полупроводника по выражению (2.18).

Таблица

T,°C	Т, K	R, Ом	σ, Oм–1 ۠·см–1	1/T	ln(σ)
20
30
40
…
140