Методика измерения и экспериментальная установка

Для определения дифференциального сопротивления используется четырехплечный мост, схема которого приведена на рис.4.

Источником сигнала является генератор, выходное напряжение которого должно быть не более 0.002, чтобы удовлетворить условию . Для установления момента равновесия моста используется избирательный усилитель. Контакт полупроводника с металлом выпрямляет переменный ток, поэтому сигнал диагональных измерительных точек имеет сложный спектр. При использовании избирательного прибора в качестве измерительного, точность измерения повышается.

Дифференциальное сопротивление контакта полупроводника с металлом измеряется через каждые 5°, начиная от комнатной до 65-70 ⁰C. При R₁=R₂, измеряемое дифференциальное сопротивление

В качестве используется декадный магазин сопротивлений.

Контрольные вопросы

1. Как и почему изменяется концентрация свободных электронов, объемного заряда, напряженность поля, потенциал и изгиб зон в полупроводнике, если к нему будет приложен отрицательный полюс батареи, а к металлу – положительный (металл и полупроводник разделены вакуумным промежутком)?

2. Начертите энергетические диаграммы контакта полупроводника с металлом для случаев различных типов проводимости полупроводника и разного соотношения между работами выхода.

3. Объясните качественно выпрямляющие свойства контакта полупроводника с металлом.

4. Как аналитически и графически выражается в.а.х. контакта полупроводника с металлом в случае диффузионной и диодной теории?

5. Какова методика определения КРП из в.а.х. контакта полупроводника с металлом?

6. Почему при изменении КРП величина измерительного напряжения должна быть пренебрежимо малой?

Лабораторная работа № 11

Определение контактной разности потенциалов

Между полупроводником и металлом методом

Динамического конденсатора

Цель работы: измерение контактной разности потенциалов между полупроводником и металлом методом динамического конденсатора.

Теоретические сведения

Из опыта известно, что для освобождения электрона из твердого тела необходимо затратить некоторую энергию. Энергетическую диаграмму металла с вакуумом можно представить в виде рис. 1.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма металла

– энергия, соответствующая дну зоны проводимости;

– уровень Ферми;

– энергия электрона, вышедшего из металла в вакуум и покоящегося относительно образца; Ф – термодинамическая работа выхода электрона;

– истинная работа выхода (электронное сродство)

Если рассматривать электрон как частицу, двигающуюся по законам классической физики, то он будет оставаться внутри тела, если его кинетическая энергия лежит между и . Если , тo он может вылететь из твердого тела. С повышением температуры количество электронов обладающих кинетической энергией , увеличивается, что приводит к термоэлектронной эмиссии. Кинетическая энергия электрона в твердом теле может быть увеличена также за счет светового возбуждения.

Для описания поведения электронов в твердом теле необходимо знать количество участвующих в электропроводности электронов и их распределение по энергиям. Функция распределения электронов по энергиям для сферической изоэнергетической поверхности пропорциональна . Полагая , можно записать выражение для количества электронов в единице объема, энергия которых заключена в интервале от до , в виде

. (1)

Зависимость концентрации электронов от энергии в твердом теле представлена на рис. 2.

Величина представляет предельную энергию, которая не может быть превышена при абсолютной температуре. Физически энергия представляет свободную энергию на одну частицу (электрон). Величина называется работой выхода электрона.

Выражение для плотности термоэлектронного тока через поверхность, полученное из формулы (1), имеет следующий вид

В случае полупроводников, энергетическая диаграмма которого представлена на рис. 3, электроны могут уходить только с зоны проводимости полупроводника

Для полупроводника истинная работа выхода χ не совпадает с . Плотность тока термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника можно представить в виде

. Существует несколько способов определения работы выхода. Одним из основных методов измерения работы выхода из полупроводника или металла является определение контактной разности потенциалов между исследуемым веществом и эталонным, работа выхода которого известна. Если осуществить электрический контакт проводников а и то равновесное состояние между ними будет установлено, когда электрохимические потенциалы электронов в них станут одинаковыми.

Тогда потенциалы вблизи поверхностей проводников а и будут

, ,

где и – потенциалы проводников а и , соответствующие их работам выхода; μ – электрохимический потенциал.

Величина называется контактной разностью потенциалов.

Образуем замкнутую цепь, в которую входит в качестве элемента контакт проводников а и , и введем в неё внешний потенциал . Тогда

. (3)

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 329; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 141516 17 18 19 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!