실험물리 예비/결과 Electrical Conductivity (전기 전도도) Report 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 목표2. 이론3. 재료 및 장비4. 실험 방법 (과정)5. 참고 문헌결과 레포트 (결과 보고서)1. 실험 결과 정리 (실험 데이터)2. 분석 및 토의3. 참고 문헌1.1. 온도T에 따른 저항R1.1.1. 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. 비저항1.2.1. 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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