Füüsika praktikumi protokoll nr 12 Takistuse temperatuurisõltuvus (6)

Tallinna Tehnikaülikooli

Füüsika instituut

Üliõpilane:
Teostatud:
Õpperühm:
Kaitstud:
Töö nr. 12

OT allkiri :

Takistuse temperatuurisõltuvus Töö eesmärk:

Metalli ja pooljuhi takistuse tempe-ratuurisõltuvuse võrdlemine, poolju-hi omajuhtivuse tekkimiseks vajali-ku aktivatsioonienergia arvutamine.

Töövahendid:
Metalli ja pooljuhi tükid õliga täidetud katseklaasides, elektriahi , termomeetrid, autotransformaator, oommeeter, lüliti, ühendusjuhtmed.
Skeem
Töö teoreetilised alused.
Küllalt laias temperatuurivahemikus sõltub juhi takistus temperatuurist järgmiselt:
[1]
Kus Ro on takistus 0 oC juures, t on temperatuur oC ja  on takistuse temperatuuritegur
(punastel metallidel ). Takistuse temperatuuriteguri  leidmiseks on otstarbekas mõõta takistus kahel erineval temperatuuril
, .
Viimase avaldise läbijagamisel ja teisendamisel saame
[2]
Vaatame pooljuhi elektrijuhtivust. Kui pooljuhis elektron saab energia W, siis läheb ta juhtivustsooni. Valentstsoonis tekib vakantne koht nn. auk, mille võib peaaegu energiakaota täita mõne teine valentstsooni elektron. Elektroni üleminek juhtivustsooni tähendab sisuliselt ühe valentssideme purustamist. Kuna auk kujutab endast elektroni jaoks madalama potensiaaliga kohta, siis augu täidab uus elektron jne. See tähendab aga augu liikumist kristallvõres. Augu liikumine on ekvivalentne positiivse laengu liikumisega tahkes kehas. Kui pole suunatud elektrivälja, siis võtab auk nagu elektrongi osa soojusliikumisest.Välisesse elektrivälja paigutatud pooljuhis lisandub laengukandjate kaootilisele liikumisele suunatud liikumine ehk elektrivool . Elektron ja auk moodustuvad koos, sellepärast nimetatakse pooljuhte, kus vabade elektronide arv võrdub aukude arvuga, omapooljuhtideks. Elektronide ligikaudne kontsentratsioon n juhtivustsoonis on arvutatav Boltzmanni jaotusseadusest tuleneva valemiga
[3]
kus N on aatomite arv ruumiühikus, T on absoluutne temperatuur, k on Boltzmanni konstant. W/2 on ühe laengukandja vabastamiseks vajalik energia (aktivatsioonienergia W kulutamisel tekib paar elektron-auk). Pooljuhi erijuhtivus avaldub järgmiselt:
[4]
kus b+ ja b- on vastavalt augu ja elektroni liikuvus ja eo on elementaarlaeng . Kuna R~1/, siis takistuse temperatuurisõltuvus avaldub kujul
[5]
kus Ro oleks takistus temperatuuril T. Logaritmides seost [5], saame
Mõõtes 2 erineval temperatuuril pooljuhi takistuse, saame arvutada aktivatsioonienergia W. Valemist [6]
Lahutades esimesest avaldisest teise ja teisendades, saame
[7]
Töö käik.

Protokollige mõõteriistad.

Küsige juhendajalt tööülesanne.

Metallist ja pooljuhist katsekehad asetsevad õliga täidetud katseklaasis, mida soojendatakse küttekehaga S. Takistust mõõdetakse arvnäiduga oommeetriga , mida saab lülitiga K ühendada kas metallist või pooljuhist katsekehaga.

Lülitage sisse oommeeter ja laske soojeneda ~10 minutit. Lülitage kütte vooluallikas vooluvõrku. Temperatuur hakkab aeglaselt tõusma. Alates algtemperatuurist mõõdke etteantud temperatuurivahemike tagant pooljuhi ja metalli takistus ning kandke tabelisse.

Kandke ühele teljestikule R – T sõltuvused R=f(T) metalli ja pooljuhi jaoks. Võrrelge saadud graafikuid.

Leidke vähemruutude meetodil metalli takistuse temperatuurisõltuvuse R=f(T) lähendussirge võrrandi parameetrid Ro ja Ro, millest arvutage metalli takistuse temperatuuritegur .

Leidke vähimruutude meetodil pooljuhi takistuse temperatuurisõltuvuse lnR=f(1/T) lähendussirge võrrandi kordaja W/2k, millest arvutage pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia W.
Tabel
Jrk.Nr.
Metall
Pooljuht
t (C)
T(K)
R
t (C)
T(K)
1/T (K-1)
R
Ln R
Metalli takistuse temperatuuritegur:
Metalli takistus 0o C juures:
Pooljuhi takistuse temperatuurisõltuvuse lähendussirge võrrandi kordaja:
Pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia:
Metalli takistuse temperatuuriteguri veahinnang:
Metalli takistuse 0o C juures veahinnang:
Pooljuhi takistuse temperatuurisõltuvuse lähendussirge võrrandi kordaja viga:
Pooljuhi omajuhtivuse aktivatsioonienergia veahinnang: