Лучшие помощники
- Megamozg 2200 б
- Matalya1 1800 б
- DevAdmin 1710 б
- arkasha_bortnikov 895 б
- Dwayne_Johnson 860 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
Помогите с физикой! Два неподвижных точечных заряда q1=5нКл и q2,находясь на расстоянии r=3 см друг от друга взаимодействуют с силой F=200мкН. Найдите...
Верно ли утверждение: если на тело не действует сила,то оно не движется?...
Как складываются силы действующие на тело...
ПОМОГИТЕ ПО БРАТСКИ УМОЛЯЮ ВПР.глеб решил узнать какой удельной теплотой плавления обладает шоколад. для этого он начал нагревать плитеу шоколада масс...
Из формулы E=mc^2 выразите с (все величины положительны)...
Все предметы