Исследовательский проект “Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников”
Автор: Шошин Владимир Юрьевич
Место работы/учебы: КГУ "Многопрофильная гимназия № 41 имени А. Пушкина", г.Тараз, Республика Казахстан, 11 класс
Научный руководитель: Карпова Ангелина Анатольевна, учитель физики
Аннотация
В данной работе с помощью экспериментов и определенных формул на нахождение сопротивления изучается зависимости сопротивления вещества (полупроводника) от температуры, выявляется разница, составляется анализ вычисления сопротивления в зависимости от рода материала.
Научно-технический прогресс немыслим без электроники. Интенсивное развитие электроники связано с появлением новых разнообразных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, которые находят широкое применение в вычислительной технике, автоматике, радиотехнике и телевидении, в установках измерительной техники, медицины, биологии и т.д. Полупроводники представляют собой обширную группу веществ, занимающих по величине удельного сопротивления промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. Отличительным свойством полупроводников является сильная зависимость их удельного сопротивления от концентрации примесей. При введении примесей изменяется не только значение проводимости, но и характер ее температурной зависимости. У большинства полупроводников удельное сопротивление зависит также от температуры и других внешних энергетических воздействий (свет, электрическое и магнитное поле, ионизирующее излучение и т.д.). На управлении с помощью тепла, света, электрического поля, механических усилий электропроводностью полупроводников основана работа терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов.
Как уже говорилось выше, проводимость полупроводников зависит от внешних условий, прежде всего от температуры. При низких температурах они проявляют свойства диэлектрика, при высоких температурах становятся проводниками. Это свойство позволят полупроводники использовать для изготовления термометров, способных к использованию в широком диапазоне температур, от самых низких до самых высоких, а также в качестве очень чувствительных датчиков в терморелейных устройствах. Такие полупроводники называются термисторами.Есть такие полупроводники, проводимость которых зависит от освещённости. В темноте они диэлектрики, а на свету становятся проводниками. Такие полупроводники называют фотосопротивлениями.На их основе созданы самые различные виды полупроводниковых выпрямителей, усилителей, генераторов, микросхемы компьютеров. Используют полупроводниковые источники тока, преобразующие тепловую энергию в электрическую, а также фотоэлементы, фотодиоды и светодиоды, полупроводниковые лазеры, где происходят преобразования световой энергии в электрическую и наоборот.
Цель работы: Изучить принцип работы полупроводников и зависимость их сопротивления от температуры.
Гипотеза исследования опирается на то, чтобы доказать обратную зависимость температуры от сопротивления в полупроводниках.
Задачи:
- узнать что же такое проводники, полупроводники и диэлектрики;
- разобрать, как идет электрический ток через полупроводники;
- понять что такое примесные и чистые полупроводники;
- с помощью физических приборов измерить сопротивление полупроводников;
- определить зависимость сопротивления полупроводников.
Новизна работы заключается в разработке оригинальной физической модели проводимости полупроводника, количественно описывающей температурную зависимость проводимости и зависимость проводимости от влажности окружающего воздуха.
Актуальность: моделирование, синтез и исследование новых функциональных материалов является одним из актуальных научных направлений. Нередко новые материалы по характеру температурной зависимости сопротивления относят к полупроводникам. Однако в связи с возможным влиянием особенностей микроструктуры на транспорт носителей заряда такая формальная классификация может быть не вполне корректной и требует более детального рассмотрения. Вследствие сложного химического состава и микроструктуры функциональных материалов проблема оптимизации их параметров для прикладных целей также связана с определением механизмов переноса носителей заряда. Поэтому исследование электрофизических свойств полупроводников и полупроводниковых структур с учетом их реальной микроструктуры является важной и актуальной задачей.
Предмет исследования: полупроводники.
Объект исследования: измерение температуры зависимости сопротивления полупроводников.
Методы исследования:
- Метод теоретического исследования.
- Метод эмпирического исследования.
Практическая значимость работы: предложена методика расчета температурной зависимости сопротивления полупроводников. Полученные физические соотношения, связывающие друг с другом параметры силы тока напряжения цепи, параметры окружающей атмосферы, показали пути улучшения качества анализа сопротивления полупроводников, в частности, повышения надежности классификации температурной зависимости сопротивления. Эти возможности экспериментально продемонстрированы на действующее изучение температурной зависимости.
Результаты
В ходе эксперимента были проанализированы температурные зависимости концентрации, подвижностей носителей заряда в полупроводниках, а также охарактеризованы методы контроля полупроводниковых материалов. Как показывает опыт, электрическое сопротивление металлов и полупроводников зависит от температуры. Наша гипотеза подтвердилась, что при увеличении температуры данного проводника, сопротивление будет уменьшаться, не зависев от того в каком сосуде будет происходить нагревание воды. В будущем, у меня есть такие предположения, что при усовершенствовании таких приборов (терморезисторов), люди на производствах, на заводах, в своих предприятиях смогут как-то экономить растрат тепловой и электрической энергии или создание таких приборов еще больше будут применять в таких сферах, как медицина, точные науки (в высших школах и в университетах) и другие.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте.
Дата публикации работы: 19.10.2020
Добавить комментарий