Энергия образования пары электрон - дырка в некотором полупроводнике соответствует фотонам с частотой ν = 2,5•1014 Гц. Определите ( в эВ) ширину запрещенной зоны Еg этого полупроводника. Найдите, при какой температуре удельная проводимость увеличится в два раза σ = 2 σ0
Для определения ширины запрещенной зоны Eg воспользуемся формулой: Eg = h ν, где h - постоянная Планка (4,13566710^(-15) эВс), ν - частота фотонов (2,510^14 Гц).
Подставляем значения и рассчитываем ширину запрещенной зоны: Eg = 4,13566710^(-15) 2,5*10^14 = 1,03391675 эВ.
Ответ: ширина запрещенной зоны Eg равна приблизительно 1,03 эВ.
Увеличение удельной проводимости в два раза означает удвоение концентрации носителей заряда или уменьшение их подвижности в полупроводнике. Это может быть достигнуто увеличением концентрации примесей или повышением температуры.
Для нахождения изменения температуры воспользуемся формулой Эйнштейна для зависимости проводимости от температуры: σ = σ0 exp(-Eg / (2kT)), где σ - удельная проводимость, σ0 - удельная проводимость при нулевой температуре, Eg - ширина запрещенной зоны, k - постоянная Больцмана (8,61710^(-5) эВ/К), T - температура.
Eg = h ν,
где h - постоянная Планка (4,13566710^(-15) эВс), ν - частота фотонов (2,510^14 Гц).
Подставляем значения и рассчитываем ширину запрещенной зоны:
Eg = 4,13566710^(-15) 2,5*10^14 = 1,03391675 эВ.
Ответ: ширина запрещенной зоны Eg равна приблизительно 1,03 эВ.
Увеличение удельной проводимости в два раза означает удвоение концентрации носителей заряда или уменьшение их подвижности в полупроводнике. Это может быть достигнуто увеличением концентрации примесей или повышением температуры.Для нахождения изменения температуры воспользуемся формулой Эйнштейна для зависимости проводимости от температуры:
σ = σ0 exp(-Eg / (2kT)),
где σ - удельная проводимость, σ0 - удельная проводимость при нулевой температуре, Eg - ширина запрещенной зоны, k - постоянная Больцмана (8,61710^(-5) эВ/К), T - температура.
Условие задачи:
2σ0 = σ,
σ = σ0 exp(-Eg / (2kT)),
σ0 = σ0 exp(-Eg / (2kT₀)),
где T₀ - исходная температура.
Теперь решим уравнение относительно температуры T:
2 = exp(-Eg / (2kT)) / exp(-Eg / (2kT₀)),
2 = exp(-Eg / (2kT) + Eg / (2kT₀)),
2 = exp(Eg / (2k) (1/T₀ - 1/T)),
ln(2) = Eg / (2k) (1/T₀ - 1/T),
ln(2) T₀ T / (T - T₀) = Eg / (2k),
ln(2) T₀ T = Eg / (2k) (T - T₀),
ln(2) T₀ T = Eg / (2k) T - Eg / (2k) T₀,
Eg / (2k) T - ln(2) T₀ T = Eg / (2k) T₀,
Eg / (2k) T - Eg / (2k) T₀ = ln(2) T₀ T,
Eg / (2k) (T - T₀) = ln(2) T₀ T,
Eg = 2k ln(2) T₀ * T / (T - T₀).
Подставляем известные значения и решаем уравнение:
Eg = 2 8,61710^(-5) ln(2) T₀ * T / (T - T₀).
Ответ: температура, при которой удельная проводимость увеличится в два раза, равна выражению выше.