실험물리 예비/결과 Electrical Conductivity (전기 전도도) Report - 추천레포트

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실험물리 예비/결과 Electrical Conductivity (전기 전도도) Report

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실험물리 예비/결과 Electrical Conductivity (전기 전도도)

서강대학교 물리학과 실험물리학1의 실험 예비레포트와 결과레포트를 병합하여 올립니다. 해당 과목 A+를 받았습니다.결과보고서는 제가 실험한 데이터로 작성되었습니다. 따라서 이론적인 값과 다소 차이가 있을 수 있지만 오차에 대한 분석이 포함되어 있습니다. 또한 실험의 내용은 담당 조교에 따라 일부 상이할 수 있습니다.본문 내용을 많이 입력하고 싶지만 레포트에 수식이 다수 포함되어 있어 옮기는 것에 한계가 있습니다. 파일 안에는 완벽한 수식처리가 되어있습니다.

예비 레포트 (프리 레포트, 예비 보고서)

1. 실험 목표

2. 이론

3. 재료 및 장비

4. 실험 방법 (과정)

5. 참고 문헌

결과 레포트 (결과 보고서)

1. 실험 결과 정리 (실험 데이터)

2. 분석 및 토의

3. 참고 문헌1.1. 온도T에 따른 저항R

1.1.1. Four Probe Apparatus에 시료를 넣고 oven을 가동시켜 온도를 설정해준다. 그리고 전류 변화에 따른 전압을 측정했다. 이 과정을 온도를 30°C에서 110°C까지 20°C씩 올려주며 반복하였다. 매번 전류가 0일 때 전압을 0으로 맞춰놓았기 때문에, I에 따른 V를 그래프로 그릴 때 원점을 지나도록 고정시켰다. 이때 선형 근사시킨 그래프의 기울기가 V/I=R이 된다.

1.1.2. 실리콘이 알루미늄에 비해 저항이 매우 크게 나왔다. 이는 실리콘은 반도체이고 알루미늄은 도체이므로 타당한 결과이다.

1.1.3. T에 따른 R 값을 그래프로 그려볼 수 있었다. 실리콘은 대체적으로 온도가 높을 때 저항이 증가하는 것으로 보인다. 임을 생각하면 온도가 높을 때 비저항 값도 높아지는 것이다. 이를 2) (3)에서 언급하는 그림을 보면 이 경우가 가능함을 확인 할 수 있다. 알루미늄은 비저항 온도계수가 임을 볼 때 증가함이 타당하다는 것을 확인할 수 있다.

1.2. 비저항

1.2.1. 으로 비저항을 구하였다. 이때 S는 탐침사이의 간격이다.

1.2.2. 알루미늄의 경우 실험값을 이론값과 비교할 수 있었다. 이론값은 Ωm, 을 에 대입해 얻은 값이다. 이를 (1)에서 구한 값과 비교해 오차율(=(실험값-이론값)/이론값*100)을 구했더니 300배 정도 매우 큰 차이를 보였다. 이는 실험으로 구한 비저항이 지나치게 크게 측정되었다는 것이다. 이유 중 하나는 으로 W/S값에 따라 바뀌는 보정 계수로 나누어 주어야 한다. 왜냐하면 (1)의 식은 부피가 매우 큰 이상적인 시료의 경우에 적용되는 계산법이기 때문이다. 하지만 실험한 경우가 정확히 어떤 경우에 해당하는지 규정 짓기 어렵기 때문에 정확히 보정하지 못했다. 그러나 W/S값이 Si crystal n-type의 경우 0.25 mm, Aluminum의 경우 0.05 mm인 것을 이용해 G7(W/S)값을 계산해보면 Si crystal n-type의 경우 6.931, Aluminum의 경우 13.863인데 이는 오차율에 비해 부족한 값이다. 다른 원인으로는 시료의 손상으로 인해 저항이 커졌을 수 있다. 만약 시료가 얇아지면 에서 A가 작아져 R이 커졌을 수도 있다.

1.2.3. n-type 실리콘은 정확한 이론값을 찾을 수 없었다. 그 이유는 일단 반도체는 도핑 수준에 따라 매우 큰 차이를 보이는데 도핑 정도를 알 수 없었다. 또한 온도에 따라 선형적으로 변하지 않아 물리학 서적에서 정확한 온도계수를 찾을 수 없었다. 그 대신 참고문헌 3)의 논문에서 온도에 따른 n-type실리콘의 resistivity 그래프를 찾았다.(아래 그림) 이를 보면 온도계수 값이 나와 있지 않은 이유를 알 수 있다. 온도에 따른 비저항이 선형적으로 변화하지 않고 곡선의 형태로 변하며, 심지어 증가/감소의 경향이 분명하지 않고 도핑의 정도에 따라 달라진다.

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