Описание установки. Аналогичная работа проводится на стенде в ОмГТУ в лаборатории 6–139 (см

Аналогичная работа проводится на стенде в ОмГТУ в лаборатории 6–139 (см. ч. 1, рис. 5.3). На стенде определяются основные электрические характеристики полупроводниковых терморезисторов. Сначала нужно построить зависимости R = f(t). Их снимают при нагреве терморезисторов катушек в печи от 20 до 100 °С.

В этой работе используется новый стенд, отказываться от проведения этой работы нет причин. Выполнять же точно такую же работу на ЭВМ не целесообразно, поэтому в лабораторной работе на компьютере введены существенные отличия. Здесь определяются основные электрические характеристики примесного полупроводника, но в более широком диапазоне изменения температур, и строится больше зависимостей.

Зависимость R = f(t) строится в два этапа. На первом этапе ее снимают при нагреве образца полупроводника в печи (рис. 5.6) от 20 до 1200 °С, а на втором – при охлаждении в морозильной камере от 20 до –160 °С (рис. 5.7).

Рис. 5.6. Изображение на экране монитора испытательной установки
для нагрева полупроводника

Рис. 5.7. Изображение на экране монитора испытательной установки
для охлаждения полупроводника

Изображение образца полупроводника на экране монитора приведено на рисунке 5.8, параметры образца зависят от варианта.

Рис. 5.8. Параметры образца полупроводника

По окончанию эксперимента (в конце II этапа) при безошибочном вводе результатов вся зависимость R = f(t) появляется на экране монитора (рис. 5.9), для удобства изображения графика значения сопротивления взяты в мОм.

По табличным значениям сопротивлений зависимости R = f(t) вычисляются соответствующие значения удельных сопротивлений полупроводника по формуле

r_i = ,

где r – удельное сопротивление, мОм×м (т. к. R было в мОм); S_о – площадь сечения образца, м²; – длина образца, м.

Рис. 5.9. Экспериментальная зависимость R = f(t) на экране монитора

При вычислении удельного сопротивления полупроводника изменение линейных размеров образца S_о и не учитывается. Расчетная зависимость
r = f(t) приведена на рисунке 5.10.

Рис. 5.10. Расчетная зависимость r = f(t)

По данным зависимости r = f(t) вычисляются значения зависимости γ = f(t) по формуле

,

где k − коэффициент (при k = 1000 значения γ будут получены в cм/м).

Зависимость γ = f(t) приведена на рисунке 5.11.

Рис. 5.11. Расчетная зависимость γ = f(t)

Однако для определения ширины запрещенной зоны кремния и энергии активации электронов фосфора эту зависимость надо перестроить в других координатах lg(γ) = f(1000/T). Полученная зависимость приведена на рисунке 5.12.

Рис. 5.12. Зависимость ℓg(γ) = f(1000/T)

Воспользовавшись формулой (5.1) по наклону прямой на участке АБ определяют энергию активации примесей фосфора W_p (рис. 5.13), а по наклону прямой на участке ВГ определяют ширину запрещенной зоны кремния (рис. 5.14).

Рис. 5.13. Определение энергии активации примесей фосфора W_p

Рис. 5.14. Определение ширины запрещенной зоны кремния

Порядок выполнения работы

1. Включить ЭВМ и загрузить программу лаб 5.exe.

2. Внимательно прочитать все тексты, выводимые на экран.

3. Выполнить I этап работы (построение зависимости R = f(t) при нагреве образца от 20 до 1200 °С):

– подготовить таблицу для заполнения (табл. 5.1), на I этапе она будет заполняться с n = 11 (t = 20 °С):

Таблица 5.1

n	t, оС	R, Ом	r, м	γ, Cм/м	lg(γ)	1000/T
	−160	…	…	…	…	…
	…	…	…	…
…	…	…	…	…
	…	…	…	…
…

– выбрать режим нагрева печи так, чтобы успевать списывать все показания, причем температура печи изменяется непрерывно, запись следует делать тогда, когда значение температуры выводится синим цветом;

– построить зависимость R = f(t) и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены восемь значений R и t, выбранные из таблицы с помощью генератора случайных величин);

– ввести параметры образца.

4. Выполнить II этап работы (построение зависимости R = f(t) при охлаждении образца от 20 до −160 °С):

– выбрать режим охлаждения полупроводника так, чтобы успевать списывать все показания;

– построить зависимость R = f(t) и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены восемь значений R и t, выбранные с помощью генератора случайных величин).

5. Выполнить III этап работы (построение зависимости lg(γ) = f(1000/T) и определение по ней ширины запрещенной зоны кремния и энергии активации электронов фосфора ):

– построить зависимость ρ = f(t);

– построить зависимость γ = f(t);

– построить зависимость lg(γ) = f(1000/T);

– определить по ней ширины запрещенной зоны кремния ;

– определить энергии активации электронов фосфора ;

– показать результаты (рис. 5.15) преподавателю.

Работа считается выполненной только в том случае, если не было допущено ни одной ошибки на всех трех этапах.

6. Составить отчет, который должен содержать:

а) название работы и ее цель;

б) параметры образца полупроводника;

в) таблицу 5.1 и графики R = f(t), r = f(t), γ = f(t), lg(γ) = f(1000/T);

г) основные расчетные формулы;

д) определение ширины запрещенной зоны кремния и энергии актива­ции электронов фосфора ;

е) вывод.

Рис. 5.15. Подведение итогов III этапа

Вопросы к защите лабораторной работы № 5

1. Классификация полупроводников.

2. Примеси замещения и внедрения.

3. Энергетическая диаграмма полупроводника с примесями.

4. Влияние температуры на число носителей, подвижность и проводимость полупроводника.

5. Устройство испытательных установок.

6. Нарисовать зависимости R = f(t), r = f(t), γ = f(t) и lg(γ) = f(1000/T) .

7. Определение характеристик и .