Файл: 1. исследование электрических свойств проводниковых материалов.doc

Исследования по 3.3.1 и 3.3.2 провести для образцов 1 и 2.
3.4. Обработка результатов
1. По данным 3.3.1 вычислить проводимость полупроводника на свету для всех длин волн γ_С = 1/R_С. Результаты записать в табл. 3.1.
2. Пользуясь выражением (3.1), вычислить фотопроводимость полупроводника, приняв темновое сопротивление R_T = 10 МОм. Результаты записать в табл. 3.1.
3. Вычислить приведенную фотопроводимость (изменение проводимости полупроводника под действием единицы энергии падающего излучения) γ^΄_{Ф =} γ_Ф/Э_λ. Результаты записать в табл. 3.1.
4. По данным табл.3.1 построить спектральную зависимость фотопроводимости, откладывая по оси абсцисс , а по оси ординат относительную фотопроводимость γ^΄_Ф/γ^΄_Фmax, где γ^΄_Фmax - максимальное значение приведенной фотопроводимости для исследованного образца.

5. Пользуясь графиком этой зависимости, определить длинноволновую границу _пор фоторезистивного эффекта. Вследствие того, что экспериментальная характеристика имеет размытую длинноволновую область, _пор принять равной _1/2, т.е. длине волны, при которой фотопроводимость равна половине максимального значения. По полученному значению _1/2 вычислить энергию активации фотопроводимости по формуле (3.2).
6. По данным 3.3.2 вычислить проводимость и фотопроводимость полупроводника для каждого значения ширины щели. Результаты записать в табл.3.2.
7. По данным табл. 3.2 построить световую характеристику, откладывая по оси абсцисс lg(d/d_max), где d_max ^- максимальная ширина щели, а по оси ординат lg γ_Ф.
3.5. Контрольные вопросы

1. Каковы физические основы изменения проводимости полупроводников под действием света?

2. Как объяснить ход спектральной характеристики полупроводников под действием света?

---

3. Как объяснить ход световой характеристики полупроводника?

4. Чем объяснить различие _1/2 для двух различных полупроводников?

5. Укажите материалы, которые используются для производства полупроводниковых фоторезисторов.

Приложение

Градуировочная таблица

Деления барабана	λ, мкм	Эλ , отн. ед.	Деления барабана	λ, мкм	Эλ , отн. ед.
500	0,475	0,140	2100	0,528	0,295
600	0,476	0,141	2200	0,536	0,323
700	0,477	0,143	2300	0,545	0,353
800	0,478	0,145	2400	0,555	0,385
900	0,479	0,147	2500	0,566	0,420
1000	0,480	0,150	2600	0,579	0,460
1100	0,481	0,153	2700	0,594	0,505
1200	0,482	0,157	2800	0,611	0,560
1300	0,484	0,163	2900	0,629	0,630
1400	0,487	0,172	3000	0,649	0,710
1500	0,490	0,182	3100	0,672	0,830
1600	0,494	0,195	3200	0,697	0,990
1700	0,499	0,210	3300	0,725	1,170
1800	0,505	0,228	3400	0,758	1,370
1900	0,512	0,248	3500	0,800	1,600
2000	0,520	0,270

---

6. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОНДЕНСАТОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
6 1 Основные понятия и определения
Конденсаторные материалы применяются в качестве рабочего диэлектрика в конденсаторах. К основным параметрам конденсатора относят емкость С, температурный коэффициент емкости α_с, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ. Значения этих параметров во многом обусловлены свойствами используемого диэлектрического материала.

Емкость конденсатора С определяется как отношение накопленного в нем заряда Q к напряжению U, приложенному к электродам, и зависит от конструкции и геометрических размеров конденсатора, а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика. Емкость простейшего плоского конденсатора с электродами, имеющими форму квадрата, определяется выражением:
, (6.1)
где ε₀ = 8,85-10^-12 Ф/м - электрическая постоянная; ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика; l – сторона квадрата, h - толщина диэлектрика. Как следует из выражения (6.1), для увеличения емкости конденсатора при минимальных его размерах и прочих равных условиях необходимо применять материалы с возможно большим значением диэлектрической проницаемости.
Температурный коэффициент емкости α_C отражает отклонение емкости, обусловленное изменением температуры и, следовательно, характеризует температурную стабильность емкости конденсатора. Общее определение этого параметра соответствует выражению:
α_C= (1/C)·(dC/dt) (6.2)
Дифференцирование выражения (6.1) дает:
dC/dt = ε₀ [ (l²/h)·(dε/dt) + (2εl/h)·(dl/dt) – (εl²/h²)·(dh/dt) ] (6.3)
Разделив левую и правую части выражения (6.3) на левую и правую части выражения (2.1), получим:
(1/C)·(dC/dt) = (1/ε)·(dε/dt) + (2/l)·(dl/dt) – (1/h)·(dh/dt)

или

α_C = α_ε + 2α_Μ –α_Д,
где α_С , α_М и α_Д - температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости диэлектрика, линейного расширения металла электродов и линейного расширения диэлектрика соответственно.

---

В металлизированных конденсаторах, где в качестве электродов используется тонкий слой металла, нанесенный непосредственно на твердый диэлектрик, изменение размеров электродов будет определяться расширением диэлектрика, а не металла. В этом случае можно считать α_М = α_Д, и температурный коэффициент емкости будет:

α_С = α_ε + α_Д . (6.4)
Поскольку значение емкости определяется суммой различных механизмов поляризации диэлектрика, температурная зависимость емкости может иметь различный характер, а параметр α_С может быть положительным, отрицательным и близким к нулю.

При включении конденсатора под напряжение в нем наблюдаются потери электрической энергии, приводящие к его нагреванию. Потери энергии складываются из потерь в диэлектрике и потерь в проводящих частях конденсатора. Для описания потерь на переменном напряжении обычно используют тангенс угла потерь tgδ, где δ - угол, дополняющий до 90^о угол сдвига фаз между действующим на конденсаторе напряжением и проходящим через него током. Параметр tgδ характеризует склонность конденсатора рассеивать энергию и, в конечном счете, определяет возможность использования конденсатора в заданном диапазоне частот.

Различают высокочастотные и низкочастотные конденсаторные материалы. В качестве высокочастотных применяются неполярные полимеры, ионные диэлектрики с плотной упаковкой ионов. В них на высоких частотах главную роль играет электронная или ионная поляризация; потери энергии обусловлены в основном электропроводностью. Такие материалы имеют малые значения tgδ, который растет при увеличении температуры по экспоненциальному закону. К низкочастотным материалам относятся полярные полимеры, диэлектрики с сегнетоэлектрическими свойствами. В области низких частот в них преобладают замедленные механизмы поляризации; потери энергии носят релаксационный характер. Материалы этой группы характеризуются повышенным tgδ, но обладают весьма высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет изготавливать на их основе конденсаторы большой емкости с малыми габаритами.

В настоящей работе измеряются параметры металлизированных конденсаторов, в которых в качестве рабочего диэлектрика используются исследуемые материалы.
6.2. Описание установки
Испытательная установка состоит из пульта и цифрового моста, измеряющего емкость и

---

tgδ. В пульте находится термостат, температура в котором может изменяться регулятором УСТАНОВКА ТЕМПЕРАТУРЫ . Температура в термостате измеряется с помощью термопары, подключенной к расположенному на пульте прибору, проградуированному в градусах Цельсия.

В термостате размещены конденсаторы С1...C5, рабочими диэлектриками в которых являются исследуемые материалы (их наименования указаны на пульте). Термостат имеет выводы “С”, расположенные на панели пульта и предназначенные для соединения с измерителем емкости. Используемые конденсаторы поочередно могут быть подключены к этим выводам с помощью переключателя. В положении переключателя “С₀” измеряется емкость проводников, соединяющих образцы в термостате с прибором.

В качестве измерителя емкости может быть применен любой прибор, позволяющий измерять емкость с точностью до десятых долей пикофарады. Часто такие приборы позволяют измерять не только емкости образцов, но и потери в них, характеризуемые значениями tgδ. В данной работе использован цифровой мост, предназначенный для измерения емкости и tgδ на определенной фиксированной частоте.
6.3. Проведение испытаний
6.3.1. Подготовка к испытанию
Переключатель образцов на пульте установить в положение "С". Включить прибор для измерения емкости tgδ и подготовить его к работе в соответствии с указаниями преподавателя. Отметить частоту, на которой производится измерение емкости.

Измерить и записать емкость С₀ проводников, соединяющих образцы в термостате с измерительным прибором.
6.3.2. Измерение емкости и tgδ образцов при комнатной температуре
Включить на пульте тумблер СЕТЬ и отметить значение комнатной температуры.

Переключатель образцов на пульте установить в положение, соответствующее определенному материалу, и произвести измерение.

Емкость образца будет равна разности показаний прибора и С₀ Измерить емкости и tgδ для всех образцов при комнатной температуре.

Внимание! При использовании цифровых приборов следует выбирать такой предел измерения емкости, чтобы крайняя левая цифра индикатора была значащей, или работать в автоматическом режиме.

Результаты измерений занести в табл. 6.1.

---