توضیحات

مجموعه آزمایشات آزمایشگاه فیزیک پیشرفته

گزارش کار آزمایشگاه فیزیک پیشرفته

آزمایش شكاف انرژی نیمه هادیها

هدف آزمایش

تعیین ضریب تغییرات دمائی مقاومت و شكاف انرژی نیمه هادی خالص

تئوری آزمایش

مقاومت ویژه الكتریكی برای یك ماده برابر مقاومت الكتریكی یك مكعب واحد آن است (جریان از یك سطح مكعب به سطح مقابل آن می‌رود). واحد معمولی آن یا می‌باشد اگرچه در مورد مقاومت كم از واحد یا در موارد مقاومت زیاد نیز استفاده می‌شود. هدایت الكتریكی برابر می‌باشد. مقاومت الكتریكی مواد و به خصوص جامدات، در علوم كاربردی دارای اهمیت فراوان می‌باشد. نه تنها مقدار بلكه بستگی آن به دما، ساختمن و مقدار خلوص آن نیز حائز اهمیت است، بر این اساس می‌توان ماده را به سه نوع تقسیم كرد: هادیها، نیمه هادیها و عایقها.

در عایقهای جامد در دمای صفر كلوین یالاترین باند انرژی اشغال شده، یعنی باند والانس، با الكترونها كاملاٌ پر شده است و هیچ حالت خالی و یا الكترون اضافی وجود ندارد، باند بعدی كه قابل پر شدن است اما هنوز اشغال نشده است را می‌تواند باند هدایت در نظر گرفت ولی این باند از بالاترین باند والانس از لحاظ انرژی حدود چندین الكترون ولت بالاتر است. وقتی هیچ میدان الكتریكی بكار نرود، الكترونهای باند والانس به تساوی در تمام جهات حركت می‌كنند و هیچ جریانی وجود نخواهد داشت؛ وقتی میدان اعمال میشود اصل طرد پائولی مانع از آن می‌شود تا الكترونها اندازة‌حركت و انرژی خود را تغییر بدهند.

از آن‌جا كه تمام حالات كوانتومی موجود اشغال شده‌اند حداكثر جفتهای الكترون می‌توانند با هم تبادل حالت كنند كه این امر نیز سبب ایجاد جریان نمی‌شود . در دماهای معمولی توزیع توزیع بولتزمن نشان می‌دهد كه عملاٌ هیچ الكترونی نمی‌تواند تحریك شده و از شكاف انرژی چندین الكترون ولتی گذشته و به باند مجاز بعدی برود. در دماهای نزدیك نقطة جوش ماده الكترونهای بیشتری می‌توانند تحریك شوندو عایق ممكن است در این حالت تجزیه شود.فلزات و اغلب آلیاژها مواد رسانای جامد می‌باشند. بخشی از بالاترین باند اشغال شده توسط الكترونها پر شده در این صورت برخی (حدود یك درصد در دمای اتاق) می‌توانند آزادانه حركت كرده و مقدار اندازة حركت و انرژی خود را با بالا رفتن به حالات كوانتومی اشغال نشده تغییر دهند.