半导体带隙宽度测量

半导体带隙宽度测量实验目的1.当通过纯的锗晶体的电流是恒定时，晶体两端的电压降是温度的函数，以此原理设定实验来计算锗晶体电导率s与温度的关系。2.确定锗的带隙宽度Eg实验原理根据欧姆定律，电流密度和电场E的关系是j=σE系数σ被称为电导率，由于此参数强烈依赖于材料本身性质，因此可以依其将材料按照导电性分为导体、半导体和绝缘体。例如，对半导体固体而言，在低温下不产生电流，而在较高温度下可测得其电导率。其电导率由温度决定的原因是半导体具有特定的电子能带结构。对于这种价电子带，全部或部分填充在基态的最高带，导电带和下面未被填充的带之间被带隙Eg所分割。两个带之间是不被电子填充的，未掺杂的，称为禁区。而在高温下，越来越多的电子从价电子带被激发到导电带，它们会在价电子带留下像正电荷一样移动的“空穴”，因此可以像电子一样形成电流。这种由价电子带的电子激发到导电带而形成的导电性称为内传导。由于热平衡状态下，价电子带“空穴”的数量与导电带中电子的数量相等，内传导情形下的电流密度可以写作下述式子()iiiipjenvenv其中：电子或空穴的密度in电子的平均漂移速度Vn和穴的平均漂移速度Vp和电场强度E成正比,有:nnE和()iiinpenn和p取正值()iiinpjEen对比可以导出：()iiinpen因此有：aIbcU32222()nmkTNh和32222()pmkTPh以上两式是导电带和价电子带中的有效状态密度，mn和mp也取决于温度，在低温下，近似为m正比于T32，而在高温下较为精准。由指数函数式，电导率可以近似表示为20gEKTe或者lnsi=lns0-Eg2kT在电流恒定情况下Ijbcb：晶体的宽度，c：晶体的厚度电压降：UEaa:晶体的长度即可测得未掺杂的锗晶体的电导率：aIbcU实验器材未掺杂的锗晶体，霍尔效应基础设备，CASSY传感器，CASSYLab软件，可控电流发生器，电源，支架，导线若干。实验数据1.UB1=f（UA1）形式的测量值图像如图1所示：其中：UA1为温度测量的输出电压，UB1是锗晶体2mA横流电压降2.logs=f(1T)的测量值图像如图2所示：其中：2201101mAmAUBmmmm，1100273.5UATKKV3.计算由斜率A=-1810K,2311.3807*10kJK,根据公式1ln102gEAk可得191.145*100.715gEJeV此为锗晶体的带隙宽度。理论值：00.74,3000.67EgKeVEgKeV（）（）