Контрольная работа по «Электротехническим материалам»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

по электротехническим материалам

 

 

 

 

Выполнил студент гр.  ЭСз-13у   Враницин В.А.

 

 

Пермь 2014г.

Вопрос №21

 

Зависимость диэлектрической проницаемости поливинилхлорида от температуры

 

 

Вопрос №139

Влияние температуры на электропроводность полупроводников.

Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде всего в зависимости удельного сопротивления от температуры. С понижением температуры сопротивление металлов падает. У полупроводников, напротив, с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.

 

 

Зависимость удельного сопротивления ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T.

 

 

Такой ход зависимости ρ (T) показывает, что у полупроводников концентрация носителей свободного заряда не остается постоянной, а увеличивается с ростом температуры.

Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры использована в специальных приборах — терморезисторах, которые применяются в качестве датчиков в устройствах, измеряющих температуру электрическими методами.

Они используются также в качестве датчиков в термореле и в автоматических устройствах, реагирующих на изменения температуры (например, в сигнализаторах пожара).

 

Влияние освещённости на электропроводность полупроводников.

Опыты показывают, что электрическое сопротивление полупроводниковых кристаллов изменяется не только при их нагревании, но и при освещении. При увеличении освещения электрическое сопротивление полупроводниковых материалов уменьшается. Это означает, что энергия, необходимая для освобождения электронов и дырок, может быть передана им светом, падающим на кристалл. Приборы, в которых используется свойство полупроводниковых кристаллов изменять свое электрическое сопротивление при освещении светом, называются фоторезисторами. Фоторезисторы изготавливаются в виде тонких слоев полупроводникового вещества, нанесенных на подложку изолятора. Материалами для изготовления фоторезисторов служат соединения типа CdS, CdSe, PbS и ряд других.

 

 

Влияние напряженности электрического поля на электропроводность полупроводников.

Общий вид зависимости электропроводности полупроводника s от напряженности внешнего электрического поля Е, построенной в координатах lns=f(Е), изображен на рисунке.

 

Зависимость электропроводности полупроводника s от напряженности внешнего электрического поля Е.

 

Из этого рисунка следует, что на кривой   ln s=f(Е) ус­­ловно можно выделить четыре участка.

Участок 1 соответствует области сла­бых электрических полей (E<106 В/м), при которых плотность то­ка j прямо пропорциональна на­пря­жен­ности электрического поля Е в полупроводнике. Поэтому на участке 1 выполняется закон Ома, который в дифференциальной форме записывается в виде j=sE.

Участки 2, 3 и 4  соответствуют области сильных электрических полей (E>106 В/м), при которых нарушается пропорциональность между плотностью тока в полупроводнике и напряженностью внешнего электрического поля Е за счет появления избыточных носителей заряда, что ведет к росту удельной проводимости.

Причина здесь заключается в том, что в сильном внешнем электрическом поле наблюдается искривление (наклон) границ энергетических зон на зонной диаграмме полупроводника, как это показано на рисунке.

Наклон энергетических зон происходит благодаря тому, что в электрическом поле электрон приобретает дополнительную потенциальную энергию qU=-qEx, зависящую от координаты х .

Двигаясь навстречу направлению электрического поля, электрон меняет свою координату х и энергию W, переходя в зоне с одного уровня на другой. Накопленную энергию электрон может потерять при рассеянии, вернувшись на более низкий энергетический уровень.

Электропроводность полупроводника на участке 2 (соответствующего напряженности электрического поля Е=106...107 В/м) увеличивается в результате роста концентрации носителей за счет процесса термоэлектронной ионизации. Впервые механизм термоэлектронной ионизации был рассмотрен Я.И. Френкелем. Сущность этого механизма (на примере полупроводника с электронной проводимостью) заключается в том, что вследствие наклона границ энергетических зон  энергия ионизации донорного уровня DWd снижается и становится равной  =DWd-dW, где  , a - постоянная. В результате увеличивается концентрация электронов   в зоне проводимости полупроводника.