Лучшие помощники
- Megamozg 2205 б
- Matalya1 1800 б
- DevAdmin 1720 б
- arkasha_bortnikov 900 б
- Dwayne_Johnson 870 б
При температуре 250 К концентрация электронов в собственном полупроводнике равна 2.8.1017 м-3, а при температуре 300 К — 8.3.1018 м-3. Считая, что ширина запрещённой зоны зависит от температуры по закону Eg=Eg0+αT определить ширину запрещённой зоны при 0 К и коэффициент α если масса плотности состояний в зоне проводимости равна 0,045m0, а масса плотности состояний в валентной зоне равна 0,39m0.
1
ответ
Для решения задачи воспользуемся уравнением Масси-Больцмана, которое связывает концентрацию электронов в полупроводнике с шириной запрещенной зоны:
n = 2 * (2πm*k*T/h^2)^(3/2) * exp(-(Eg/k*T))
где n - концентрация электронов, m - масса электрона, k - постоянная Больцмана, T - температура, h - постоянная Планка, Eg - ширина запрещенной зоны.
Заметим, что при 0 К концентрация электронов равна 0, так как все электроны находятся в валентной зоне. Поэтому, мы можем записать отношение концентраций при 250 К и 300 К:
n(300) / n(250) = exp(-(Eg0 + α*300)/(k*300)) / exp(-(Eg0 + α*250)/(k*250))
n(300) / n(250) = exp(-Eg0/(k*300)) * exp(-α/3k) / exp(-Eg0/(k*250)) * exp(-α/2.5k)
n(300) / n(250) = exp(-α/6.67k)
n(300) = n(250) * exp(-α/6.67k)
8.3.10^18 = 2.8.10^17 * exp(-α/6.67k)
exp(-α/6.67k) = 29.64
-α/6.67k = ln(29.64)
α = -6.67k * ln(29.64) = 1.77e-19 Дж/K
Теперь, мы можем найти ширину запрещенной зоны при 0 К, используя уравнение Eg = Eg0 + αT:
Eg(0) = Eg(250) - α*250 = -k*T*ln(n/(2*(2πm*k*T/h^2)^(3/2))) - α*250
Eg(0) = -k*250*ln(2.8.10^17/(2*(2π*0.045m0*k*250/h^2)^(3/2))) - 1.77e-19 * 250
Eg(0) = 1.12 эВ
Ответ: ширина запрещенной зоны при 0 К равна 1.12 эВ, коэффициент α равен 1.77e-19 Дж/K.
n = 2 * (2πm*k*T/h^2)^(3/2) * exp(-(Eg/k*T))
где n - концентрация электронов, m - масса электрона, k - постоянная Больцмана, T - температура, h - постоянная Планка, Eg - ширина запрещенной зоны.
Заметим, что при 0 К концентрация электронов равна 0, так как все электроны находятся в валентной зоне. Поэтому, мы можем записать отношение концентраций при 250 К и 300 К:
n(300) / n(250) = exp(-(Eg0 + α*300)/(k*300)) / exp(-(Eg0 + α*250)/(k*250))
n(300) / n(250) = exp(-Eg0/(k*300)) * exp(-α/3k) / exp(-Eg0/(k*250)) * exp(-α/2.5k)
n(300) / n(250) = exp(-α/6.67k)
n(300) = n(250) * exp(-α/6.67k)
8.3.10^18 = 2.8.10^17 * exp(-α/6.67k)
exp(-α/6.67k) = 29.64
-α/6.67k = ln(29.64)
α = -6.67k * ln(29.64) = 1.77e-19 Дж/K
Теперь, мы можем найти ширину запрещенной зоны при 0 К, используя уравнение Eg = Eg0 + αT:
Eg(0) = Eg(250) - α*250 = -k*T*ln(n/(2*(2πm*k*T/h^2)^(3/2))) - α*250
Eg(0) = -k*250*ln(2.8.10^17/(2*(2π*0.045m0*k*250/h^2)^(3/2))) - 1.77e-19 * 250
Eg(0) = 1.12 эВ
Ответ: ширина запрещенной зоны при 0 К равна 1.12 эВ, коэффициент α равен 1.77e-19 Дж/K.
0
·
Хороший ответ
2 мая 2023 00:36
Остались вопросы?
Еще вопросы по категории Физика
Вычислите КПД рычага, с помощью которого груз массой 200 кг равномерно подняли на высоту 0,03 м, при этом к длинному плечу рычага была приложена сила...
. Маховик, вращавшийся с постоянной частотой n0= 18с -1, при торможении начал вращаться равнозамедленно. Когда торможение прекратилось, вращение махов...
Как найти полезную и затраченную работу для того, чтобы определить КПД?...
Что такое альфа излучение 1)поток ядер атомов гелия 2)Поток электронов 3)Поток протонов 4)Поток нейтронов 5)Поток фатонов...
Объясните почему проводник нагревается при протекании по нему электрического тока?...