12207

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Лабораторная работа

Физика

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА Методические указания по выполнению лабораторной работы № 83 по курсу Физика для студентов инженернотехнических специальностей Курск 2010 УДК 53 Составители: Л.А. Желанова А.А. Родионов ...

Русский

2013-04-24

45 KB

11 чел.

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Методические  указания по выполнению лабораторной работы

№ 83 по курсу  «Физика» для студентов инженерно-технических специальностей

Курск 2010

УДК 53

Составители: Л.А. Желанова, А.А. Родионов

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

Е.В. Пьянков

Изучение внутреннего фотоэффекта: методические указания по выполнению лабораторной работы № 83 по курсу «Физика» для студентов инженерно-технических специальностей / Курск, гос. техн. ун-т; сост.: Л.А. Желанова, А.А. Родионов. Курск, 2010. 7 с. Библи-огр.: с.7.

Содержат сведения по изучению явления внутреннего фотоэффекта.

Предназначены        для        студентов        инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать . Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 3,13. Уч.-изд.л. 3,37. Тираж 100 экз. Заказ. Бесплатно.

Курский государственный технический университет. Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Цель работы: экспериментально исследовать явление внутреннего фотоэффекта.

Оборудование: фотоэлементы с запирающим слоем, микроамперметр, лампа накаливания, оптическая скамья.

Теоретическое введение

Внутренний фотоэффект в отличие от внешнего связан с явлением фотопроводимости полупроводников. Это явление заключается в перераспределении электронов по энергетическим уровням в конденсированных средах (жидкостях и твердых телах) при поглощении ими световых квантов (фотонов). Поэтому в отличие от внешнего фотоэффекта, который обнаруживается и измеряется по току электронов, выходящих из исследуемой зоны наружу, внутренний фотоэффект обнаруживается обычно по изменению концентрации носителей тока внутри среды, то есть возникновению фотопроводимости или фото-э.д.с. Здесь также один фотон приводит к появлению одного электрона. Этот эффект, неощутимый в металлах, широко используется в полупроводниках и диэлектриках, где он может быть связан как со свойствами основного вещества, так и содержащихся в нем примесей. В первом случае при поглощении фотонов, соответствующих собственной полосе поглощения вещества  в нем совершаются переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости. Это приводит к появлению добавочных неравновесных дырок в валентной зоне и таких же добавочных электронов в зоне проводимости. Возникает биполярная (n-p) фотопроводимость. Во втором случае в результате поглощения света на примесных центрах электроны с примесных энергетических уровней переводятся фотонами в зону проводимости, или электроны из валентной зоны переходят на примесные уровни. В результате возникает моно (n или p) фотопроводимость. Так как импульс фотона в сравнении с импульсом электрона, выполнения закона сохранения энергии (уравнение Эйнштейна) и импульса приводит к тому, что переходы электронов с участием только одного фотона оказываются возможными лишь между состояниями, в которых импульс электрона практически один и тот же. Однако этот запрет может нарушаться за счет взаимодействия электронов или дырок  тепловыми колебаниями ионов кристаллической решетки вещества. Это увеличивает число переходов. Исследования зависимости внутреннего фотоэффекта от энергии фотонов позволяют по их минимальной энергии min , еще вызывающей его, определить «оптическую» величину энергетических расстояний между уровнями или зонами, между которыми исследуются переходы. При достаточной интенсивности переходов за счет фотонов и взаимодействия с тепловыми колебаниями ионов решетки определяемая величина этих энергетических расстояний обычно совпадает с её значением, найденным из опытов по термическому возбуждению электронов и дырок. Поэтому величина min  используется как один из основных методов нахождения энергетических промежутков и, в частности, ширины запрещенной зоны в полупроводниках и диэлектриках. Обычно энергия min  при собственном внутреннем фотоэффекте почти на порядок больше, чем при примесном. При достаточно большой энергии фотона дырки и электроны могут приобретать энергию, достаточную для создания новых пар «электрон - дырка». Это явление называется ударной ионизацией. Явление внутреннего фотоэффекта определяет работу таких приборов как фотосопротивления, фотоэлементы с запирающим слоем, преобразователи световой энергии в электрическую, фотодиоды, фототриоды и т.д.

Порядок выполнения работы

  1.  Установить на оптической скамье осветитель и включить его в сеть.
  2.  Подключить к фотоэлементу микроамперметр и установить осветитель и фотоэлемент на наибольшем возможном расстоянии друг от друга.
  3.  Изменяя это расстояние l, исследовать зависимость фототока iφ  фотоэлемента с запирающим слоем от светового потока: Φ = (I*S)/l2 , где I сила света лампы осветителя, S – площадь фотоэлемента. Затем точно так же исследовать iφ(Φ) для другого фотоэлемента.
  4.  Построить графики полученных зависимостей iφ(Φ) по 12-15 точкам.
  5.  Определить интегральную чувствительность каждого фотоэлемента по соотношению: γ = iφ / Φ 

Для этого на прямолинейной части графиков iφ(Φ) взять по три точки и для каждой из них найти γ. Затем из трех величин найти среднее γ.

  1.  Рассчитать, используя полученные данные, эффективное значение квантового выхода К фотокатода, для обоих фотоэлементов, то есть отношение числа электронов, покидающих поверхность катода, к числу поглощенных фотонов:

 К = iφ * h * νж / Φ * e ,

где h – постоянная Планка, e – заряд электрона, νж – частота фотонов, соответствующая средним по энергии «желтым» фотонам.

Контрольные вопросы:

  1.  Сущность внутреннего фотоэффекта (с запирающим слоем)
  2.  Разновидности внутреннего фотоэффекта (примесный и собственный)
  3.  Виды фотопроводимостей. Применение внутреннего фотоэффекта
  4.  Законы сохранения при внутреннем фотоэффекте
  5.  Фотоэлектрический метод исследования зонной структуры. Понятие о зонной структуре твердых тел
  6.  Явление ударной ионизации

Библиографический список

  1.  Савельев И.В. Курс физики [Текст] : учебное пособие : в 3 т. Т. 3 : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц / И. В. Савельев. - 2-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2006. - 320 с.
  2.  Трофимова Т. И. Курс физики [Текст] : учебное пособие / Т. И. Трофимова. - 7-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2003. – 542


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27085. SCM 95.29 KB
  supply chain management SCM организационная стратегия и прикладное программное обеспечение предназначенные для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля всего товародвижения. SCMсистемы охватывает весь товарный цикл: закупку сырья производство распространение товара. Выделяется шесть основных областей на которых сосредоточено управление цепями поставок: производство поставки месторасположение запасы транспортировка и информация В составе SCMсистемы можно условно выделить две подсистемы: SCP ...
27086. Информация в бизнесе. Информационная поддержка бизнеса 15.71 KB
  Информация сведения об объектах и явлениях окружающей среды их параметрах свойствах и состоянии которые воспринимают информационные системы живые организмы управляющие машины и др. Финансовоуправленческие системы включают подкласс малых интегрированных систем. Такие системы предназначены для ведения учета по одному или нескольким направлениям бухгалтерия сбыт склад кадры и т. Системы этого класса обычно универсальны цикл их внедрения невелик иногда можно воспользоваться коробочным вариантом купив программу и самостоятельно...
27087. Документооборот 14.98 KB
  Следует отметить что в этом определении упор делается на словах движение документов то есть их пути из одного подразделения или от одного сотрудника к другому. Автоматизация позволяет сократить время на обработку документов а также снижает риски случайной потери данных кроме того СЭД позволяет руководству контролировать выполнение управленческих решений. Возможность параллельного выполнения операций позволяющая сократить время движения документов и повышения оперативности их исполнения Непрерывность движения документа позволяющая...
27088. Корпоративная информационная система(КИС) 12.02 KB
  Основными блоками корпоративных информационных систем являются: система хранения база данных хранилище; система сбора и концентрации информации; системы поддержки принятия решений – бизнеслогика базируется на обработке; специальные взаимодействия.
27089. ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО ВАГОНИ. ТИПИ, ЗАГАЛЬНА БУДОВА, ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ВАГОНІВ. ПОЗНАЧКИ ТА НАДПИСИ НА ВАГОНАХ 337.5 KB
  Типи та конструкції сучасних вантажних, пасажирських та рефрижераторних вагонів являють собою доволі складну інженерну побудову. Тому інженери, що працюють в системі вагонного господарства залізничного транспорту та в вагонній промисловості, повинні добре знати конструкцію вагонів
27090. Архитектура CRM систем 91.83 KB
  архитектура CRM систем CRMсистема Customer Relationship Management System система управления взаимодействием с клиентами корпоративная информационная система предназначенная для улучшения обслуживания клиентов путём сохранения информации о клиентах и истории взаимоотношений с клиентами установления и улучшения бизнеспроцедур на основе сохранённой информации и последующей оценки их эффективности. Её основные принципы таковы: наличие единого хранилища информации откуда в любой момент доступны все сведения обо всех случаях...
27091. Архитектура erp систем 35.49 KB
  архитектура erp систем В начале 1990х гг. Системы класса MRPII в интеграции с модулемфинансового планирования Finance Requirements Planning FRP получили название систем планирования ресурсов предприятийEnterprise Resource Planning ERP. В основе ERPсистем лежит принцип создания единого хранилища репозитория данных содержащего всю корпоративную бизнесинформацию: плановую и финансовую информацию производственные данные данные по персоналу и др. Целью ERPсистем является не только улучшение управления производственной деятельностью...
27093. Организация процессов обработки данных в базе данных: формы, запросы, отчеты 38 KB
  Основными компонентами объектами базы данных являются таблицы запросы формы отчеты макросы и модули.Таблица фундаментальная структура системы управления реляционными базами данных. В Microsoft Access таблица это объект предназначенный для хранения данных в виде записей строк и полей столбцов.