122. Przerwa energetyczna w germanie

Cel ćwiczenia

Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporu monokryształu germanu od temperatury.

Wprowadzenie

Eksperymentalne badania przewodnictwa elektrycznego ciał stałych były podstawą do podziału ciał stałych na metale, półprzewodniki i izolatory. Metalami nazwano substancje dobrze przewodzące prąd, izolatorami - materiały prawie nie przewodzące prądu, a do nieprecyzyjnie sprecyzowanej kategorii półprzewodników zaliczono ciała stałe o pośredniej wartości oporu właściwego. Współcześnie, jednoznacznego kryterium odróżniającym półprzewodniki od metali dostarcza pomiar oporu w funkcji temperatury malejącej do wartości bliskich zera bezwzględnego (rys. 1). Opór zwykłych metali maleje i dla T → 0 K dąży do skończonej wartości nazwanej oporem resztkowym (ćw. 121). W przypadku metali nadprzewodzących następuje całkowity zanik oporu poniżej temperatury krytycznej Tc. Opór półprzewodników rośnie i w granicy T → 0 K dąży do nieskończoności, zatem w zerze bezwzględnym półprzewodnik nie przewodzi prądu. Przy wykorzystaniu efektu Halla można oszacować koncentrację nośników prądu w zadanej temperaturze. Okazuje się ona być o rzędy wielkości mniejsza niż dla metali i będąca rosnącą funkcją temperatury.