Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
В напівпровідниках термоелектричним методом
Мета роботи – навчитися визначати тип основних носіїв заряду в напівпровідникових шарах різної товщини за знаком термоелектрорушійної сили, котра виникає при градієнті температури в напрямку одного з геометричних розмірів досліджуваного зразка.
Загальні відомості
Метод визначення типу основних носіїв заряду в напівпровідниках за знаком термоелектрорушійної сили (у подальшому - термо-ЕРС) або, як ще прийнято називати, метод термозонду широко використовується у науково-дослідних лабораторіях і на підприємствах з серійного виготовлення напівпровідникових матеріалів та виробів електронної техніки на їхній основі [1, 2]. Явище виникнення термо-ЕРС при створенні вздовж одного із напрямків в зразку градієнта температури Ñ Т є різновидом ефекта Зеєбека [3]. При цьому різниця потенціалів U між розімкнутими кінцями напівпровідника в широкому діапазоні зміни його температури чисельно пов’язана з Ñ Т співвідношенням , де a - є питома термо-ЕРС або коефіцієнт Зеєбека. У випадку, коли температури гарячого Т 1 і холодного Т 2 кінців напівпровідника різняться не більше, ніж на декілька десятків градусів, це співвідношення може бути представлено таким чином , звідки
(1.1)
Виникнення термо-ЕРС в однорідному напівпровіднику під впливом градієнта температури є наслідком того, що останній обумовлює зростання середньої енергії й концентрації носіїв заряду в той області напівпровідника, де вище його температура. Тому в однорідному напівпровіднику з’являються градієнти середньої енергії та концентрації носіїв заряду, завдяки чому виникають їхні дифузійний потік і, як слідство, електричний струм [4]. При розімкнутому колі у стаціонарному стані густина струму в кожній точці зразка повинна дорівнювати нулю. Це означає, що електричний струм, обумовлений градієнтом температури, компенсується зустрічним струмом, котрий обумовлюється виникненням електричного поля у об’ємі зразка у зв’язку з накопиченням зарядів різного знаку на протилежних, нагрітому і холодному, кінцях напівпровідника, між якими з цієї причини має місце різниця потенціалів U, що і є мірою термо-ЕРС. Для невиродженого напівпровідника на підставі наведених уявлень про механізм виникнення термо-ЕРС теоретично отримано формулу, котра згідно до [4] при переважному розсіюванні носіїв заряду на акустичних фононах пов’язує коефіцієнт Зеєбека з параметрами рівноважних носіїв заряду напівпровідника таким чином
, (1.2)
де k – стала Больцмана, котра дорівнює 1,38×10-23 Дж/К; e – абсолютне значення заряду електрона, котре дорівнює 1,6×10-19 Кл; n – концентрація електронів в зоні провідності; p – концентрація дірок у валентній зоні; μn – рухливість електронів; μp – рухливість дірок; NC – ефективна густина станів в зоні провідності; NV – ефективна густина станів у валентній зоні.
З формул (1.1) й (1.2) видно, що коефіцієнт Зеєбека a, а тому і термоелектрорушійна сила U, зумовлюються двома доданками, кожен з яких відповідає внеску, пов’язаному з електронами або дірками, до того ж ці доданки мають протилежні знаки. Крім того, з формули (1.2) випливає, що a є від’ємною величиною для електронного напівпровідника, тобто для напівпровідника, основними носіями заряду у якому є електрони (n-тип провідності). Це пояснюється тим, що для напівпровідників при NC > NV і μn > μp, внаслідок чого при n >> р перший доданок у чисельнику формули (1.2) більше абсолютного значення другого доданку. У цьому випадку, оскільки електрони дифундують від його гарячого кінця до холодного, на гарячому кінці зразка виникає позитивний об’ємний заряд, а на холодному – негативний. Тобто знак потенціалу останнього відповідає знаку основних носіїв заряду у такому досліджуваному зразку. Тому, коли основними носіями заряду у напівпровіднику є електрони, то згідно до формул (1.1) і (1.2) має місце нерівність U < 0. Для діркового напівпровідника, де основними носіями заряду є дірки (р -тип провідності), коефіцієнт Зеєбека a - позитивна величина, оскільки при р >> n другий доданок у чисельнику формули (1.2) за абсолютною величиною більше першого. У цьому випадку на гарячому кінці зразка виникає негативний об’ємний заряд, а на холодному – позитивний, тому що від його гарячого кінця до холодного дифундують позитивно заряджені дірки. Отже, коли основними носіями заряду у напівпровіднику є дірки (р >> n), то знак потенціалу холодного кінця такого досліджуваного зразка відповідає знаку основних носіїв заряду у ньому – дірок і згідно до формул (1.1) й (1.2) має місце протилежна нерівність U > 0.
Таким чином, якщо напівпровідник домішковий, то напрям внутрішнього електричного поля і полярність термо-ЕРС залежать від знаку основних носіїв заряду, з чого витікає можливість визначення типу основних носіїв заряду за знаком термо-ЕРС, котрий відповідає знаку потенціалу холодного кінця досліджуваного зразка. Зміна переважного механізму розсіювання рівноважних носіїв заряду в напівпровіднику, котра може мати місце в різних температурних інтервалах, впливає на термо-ЕРС через рухомість носіїв заряду і може позначатися на перших чисельних значеннях у круглих дужках обох доданків чисельника формули (1.2). Наприклад, ці чисельні значення при переважному механізмі розсіювання на акустичних фононах (як у наведеній формулі) дорівнюють 2, при розсіюванні на іонах домішки в атомних кристалах дорівнюють 4, а при розсіюванні на оптичних фононах в іонних кристалах вище і нижче температури Дебая дорівнюють відповідно 3 і 5/2 [4]. Але вказані зміни не позначаються на залежності знака термо-ЕРС від типу основних носіїв заряду у досліджуваному напівпровіднику. Для практичної реалізації методу термозонда, який розглядається у цій лабораторній роботі, вкрай важливою є ще одна обставина, яка полягає у тому, що термо-ЕРС металів набагато менша за абсолютним значенням U у порівнянні з термо-ЕРС напівпровідників. Це зумовлено тим, що у металів 1 £ | a | £ 10 мкВ/К, а у напівпровідників 100 £ | a | £ 1000 мкВ/К. Така різниця у значеннях a призводить до того, що при наявності у вимірювальному колі металу поряд з напівпровідником сукупна термо-ЕРС такого кола дуже слабо залежить від властивостей металу, а тому, як правило, для значень термо-ЕРС напівпровідників не вказується, відносно якого металу вона визначена.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; просмотров: 266; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.14.224.197 (0.005 с.) |