Изучение температурной зависимости электрического сопротивления полупроводников и металлов.

 

 

Цель работы. Изучить зависимость электросопротивления полупроводников и металлов от температуры.

 

Приборы и принадлежности.Лабораторная установка ФПК-07. Блок-схема установки приведена на рис. 1.

 

1 – блок с образцами, 2 – измерительный блок.

Рис. 1.

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Плотность тока в проводнике равна произведению удельной электрической проводимости металла на напряженность электрического поля :

. (1)

Выражение (1) – закон Ома в дифференциальной форме, связывающей плотность тока в любой точки внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой точке. В выражении (1) величина

,

обратная удельному сопротивлению , равна для электронных проводников и, в частности, для металлов

(2)

где - заряд электрона, - концентрация электронов, - масса электрона, - время релаксации электронного газа к равновесному состоянию.

Из выражения (2) следует, что проводимость материала тем выше, чем больше концентрация свободных электронов. В металлах концентрация свободных электронов остается постоянной с изменением температуры и других видов воздействия. Зависимость проводимости от температуры определяется уменьшением с увеличением температуры. Действительно,

, (3)

где - средняя длинна свободного пробега электрона (для металлов ), а - средняя скорость теплового движения электронов.

Там как согласно экспериментальным данным

,

а для классического электронного газа

,

откуда получаем

. (4)

Следовательно, в случае классической физики сопротивление металла должно изменяться не линейно, как показывают эксперименты, а по закону

Типичная экспериментальная зависимость сопротивления металлов от температуры представлена на рис.2.

 

 

R

 

 

Rост

Т

Рис.2

 

На рис.2 видно, что в широком диапазоне температур сопротивление металлов линейно растет с ростом температуры. Увеличение величины сопротивления R объясняется тем, что с ростом температуры Т амплитуда тепловых колебаний кристаллической решетки увеличивается, и столкновение электронов с решеткой происходят чаще. Наличие остаточного нулевого сопротивления Rост в области низких температур связано с наличием дефектов и примесей, искажающих кристаллическую структуру материала.

Таким образом, классическая физика дает для металлов неправильную температурную зависимость R(T). Линейная зависимость может быть объяснена только с использованием модели вырожденного или квантового электронного газа в рамках квантовой физики.

Величина температурного коэффициента сопротивления

для большинства металлов составляет . Для чистых (беспримесных) металлов величина температурного коэффициента близка к значению .

Линейная зависимость сопротивления металлов от температуры позволяет реализовывать на их основе проволочные измерители температур в широком температурном диапазоне.

Наибольшие значения достигаются в полупроводниковых материалах, что связано с резкой температурной зависимостью концентрации свободных носителей:

,

однако сама температурная зависимость R(T) имеет нелинейный характер. Кроме того, диапазон изменяемых температур в случае полупроводниковых терморезисторов весьма ограничен.

Полупроводники – это большой класс веществ, сопротивление которых изменяется в широких пределах и в очень сильной степени зависит от температуры (по экспоненциальному закону). Электропроводимость нелегированного (собственного) проводника называется собственной проводимостью. Электронная проводимость (проводимость п-типа) возникает при тепловом переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости (рис.2)









Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 1508;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.