전기 전도도 실험

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전기 전도도 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

cm)
전기전도도 (m ·cm)￣
18
11.25
0.0889
40
11.54
0.0867
60
11.84
0.0845
80
12.09
0.0827
100
<온도와 저항>
③Si wafer
온도
비저항 ( ·cm)
전기전도도 ( ·cm)￣
18
26.68
0.0375
40
31.02
0.0322
60
34.05
0.0294
80
37.67
0.0265
100
41.39
0.0241
<온도와 저항>
7. 고 찰
*금속의 경우 온도가 올라갈수록, 불순물을 첨가할수록, 결함이 있을수록 증가한다.
*반도체의 전기전도도는 (이론상으로)온도가 증가할수록 감소한다.
그러나 실험상 증가하는 방향으로 나왔다.
*실험 결과 오차의 원인
①진성 반도체에서는 온도가 증가할수록 전기전도도가 증가한다. 하지만 외인성 반도체는 온도변화에 민감하다. 온도를 약 75K(-200 )에서부터 증가시킴에 따라 전도율은 증가 하다가 최대치에 도달하게 되며, 계속적인 온도증가는 진성전도율 값에 도달하기 전까지 약간씩 감소하게 된다. 그 이유는 포화된 지역(원자가 가전자대로부터 전자를 받아들인 상태)에서 온도증가에 따른 정공이동도가 감소하기 때문이다.
실험에서 사용한 시편에 불순물 첨가가 있었을 것이다.
②hot plate에서 잰 온도와 thermometer에서 측정한 온도가 다소 차이가 났다. hot plate 에서 온도를 측정하고 thermometer로 시편을 옮기는 과정에서 열을 빼앗겼기 때문이다.
8. 결 론
*전기전도도는 비저항의 역수이다.( = 1/ )
*온도상승으로 인한 격자의 진동에 의한 전자의 이동 방해와, 또는 불순물이나 결함 같은 요인으로 인하여, 금속은 온도가 높아질수록, 저항이 증가하게 되는 것이며, 즉 전기 전도도는 감소하게 된다.
*금속의 전기전도도는 온도가 증가할수록, 불순물을 첨가할수록, 결함이 있을수록 증가한다. 그것은 금속원자의 열진동이 심해져서 자유전자의 운동을 방해하기 때문이다.
*반도체의 전기전도도는 온도가 증가할수록 감소하는데(이를 부성저항이라 한다) 이는 온도증가에 따라 EHP가 생겨 비저항이 감소하기 때문이다.(intrinsic의 경우) 불순물 원자가 더욱 이온화되어 전기전도도가 증가된다.(extrinsic의 경우)
*반도체의 경우, 열을 가해주면, 도체의 성질을 띄게 된다.
9. 참고문헌
-Solid state electronic devices : Ben G.Streetman
-재료과학과 공학 : 김절환, 주진호 공역
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실험제목 : 결정의 전기 전도도
실험목적 : 결정(금속, 반도체)의 온도에 따른 전기 전도도의 변화를 측정하고 이론적으로 고찰한다.
이 론
금속과 반도체의 온도에 따른 전기 전도도의 변화
0K에서는 Si와 Ge와 같은 고유반도체의 가전띠는 완전히 채워져있고 이들의 전도띠는 완전히 비워져 있다. 0K 이상의 온도에서, 얼마의 가전자는 열적으로 활성화되고, 진동하여 에너지 공간을 넘어 전도띠로 들어가며, 전자-홀 쌍을 생성한다. 따라서 전도도가 온도가 상승함에 따라 감소하는 금속과 반대로 반도체의 전도도는 이런 공정이 지배적인 온도범위에서 온도가 증가함에 따라 증가한다.
전자가 열적으로 활성화되어 반도체의 전도띠에 들어가기 때문에, 반도체에서 열적으로 활성화된 전자의 농도는 많은 다른 열적으로 활성화된 공정의 온도의존성과 유사한 온도의존성을 보인다. 충분한 열적에너지로 전도띠에 들어가는 전자의 농도 (그리고 따라서 가전띠에 같은 홀의 농도를 생성하면서) ni는 다음과 같이 변화하는데
(식 1)
여기에서 Eg=에너지띠 공간, Eav=띠공간을 지나는 평균에너지, k=볼츠만 상수, T=온도, K
순 Si과 Ge과 같은 고유반도체의 경우, Eav는 공간을 지나는 중간위치, 혹은 Eg/2이다. 따라서 식-1은 다음과 같이 되는데
(식 2-A)
혹은
(식 2-B)
고유반도체의 전기전도도 는 전기전하 캐리어의 농도 ni에 비례하기 때문에, 식 2-B는 다음으로 표시될수 있고,
(식 3-A)
또는 자연로그 형태로
(식
3-B)
여기에서 0는 전자와 홀의 이동도에 주로 의존하는 전반적인 상수이다. 0의 온도에 미치는 미세한 온도 의존성은 무시한다.
식 3-B는 직선의 식이기 때문에 Eg/2k의 값과 따라서 Eg는 대 1/T, K-1의 도표의 기울기에서 결정될 수 있다. 그림에서는 고유 Si의 ln 대 1/T, K-1의 실험적인 도표를 보이고 있다. (오른쪽)
그림 : Si의 경우 역수의 절대온도를 함수로 한 전기 전도도
위에서 언급한 것처럼 금속은 반도체와는 반대로, 온도가 높을 경우에는 전기 전도도가 낮게 된다.
온도상승으로 인한 격자의 진동에 의한 전자의 이동 방해와, 또는 불순물이나 결함 같은 요인으로 인하여, 금속은 온도가 높아질수록, 저항이 증가하게 되는 것이며, 즉 전기 전도도는 감소하게 된다.
결 과
금속의 경우 (온도와 저항관계) 반도체의 경우 (온도와 저항관계)
R
(m )
20 60 100
(온도 : )
R
(M )
20 60 100
(온도 : )
위 이론과 실험의 결과처럼 금속의 경우 온도가 높아질수록 저항이 증가하며, 전기 전도도는 감소했다. (전기전도도는 저항에 반비례하기 때문)
반도체의 경우는 금속의 경우와는 반대로 온도가 높아질수록 저항이 감소하며, 즉 전기 전도도는 증가하였다..
R = (전기저항률)*L(길이)/A(면적), (전기전도도) = (전기저항률) / 1
고 찰
실험은 하지는 않았지만, 금속과 반도체의 온도에 대한 전기적인 성질에 대해 알 수 있었던 시간이었던거 같습니다. 특히 반도체의 경우, 열을 가해주면, 도체의 성질을 띄게 된다는 사실을 위 실험 전기전도도와 온도와의 관계를 통해서 이해할 수 있었습니다.
고찰은 실험을 하지 않은 관계로 많이 쓰지를 못했습니다.
참고문헌
Foundation of Materials Science and Engineering (william F. Smith)
Solid State Electronic Devices (Ben G. Streetman)

키워드

전기 전도도 실험,   도체 전기전도도,   부도체 전기전도도,   반도체 전기전도도