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

13 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

82886. Расчет теплового пункта с зависимой и независимой схемами присоединения систем отопления 1.25 MB
  Тепловой пункт — это важный узел в теплосистеме, обеспечивающий передачу тепловой энергии из центральной сети к потребителю. Тепловые пункты обслуживают многоквартирные дома (индивидуальный тепловой пункт) или целые микрорайоны, поселки и группы объектов (центральный тепловой пункт).
82887. Разработка технологического процесса на восстаноление башмака трактора Т-130. Количество деталей в партии – 250 штук 379.33 KB
  С каждым годом растут объёмы строительства автомобильных дорог и твёрдых покрытий. Наряду со строительством новых современных дорог предстоит выполнить огромный объем работ по реконструкции и ремонту существующей дорожной сети.
82888. Морская навигационная техника и её использование в судовождении 1.1 MB
  Оборудование гирокомпаса должно включать картушку компаса или аналоговый репитер для управления судном и дополнительное оборудование для визуального пеленгования. Оно должно быть градуировано в равных интервалах через один градус или десятую часть градуса. Цифровые обозначения
82889. Роль финансового менеджмента в организации финансов на предприятии 1.18 MB
  Цель работы исследовать организационную структуру финансового менеджмента предприятия. Любой бизнес начинается с постановки и ответа на следующие три ключевые вопроса: каковы должны быть величина и оптимальный состав активов предприятия, позволяющие достичь поставленные перед предприятием...
82890. Совершенствование рекламной деятельности предприятия (на примере ОАО «Слуцкий сыродельный комбинат») 5.82 MB
  Цель курсовой работы: изучить рекламную деятельность предприятия ОАО «Слуцкий сыродельный комбинат» и предложить направления ее совершенствования. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: определить сущность рекламной деятельности; дать характеристику предприятия ОАО «Слуцкий сыродельный комбинат»...
82891. Техника управления затратами предприятия на производство продукции 86.15 KB
  Острая конкурентная борьба заставляет предприятия проявлять пристальный интерес к управлению затратами искать пути по усовершенствованию их учета и мониторинга. Оптимизация процесса управления затратами позволяет предприятию снижать общий уровень затрат. Поэтому основным условием увеличения прибыли предприятия является снижение издержек производства и сбыта продукции в частности снижение себестоимости выпускаемой продукции поэтому организация и управление затратами являются приоритетной задачей для предприятия. Практически на каждом...
82892. Механизм урегулирования торговых споров в условии ВТО 641.5 KB
  Цель работы: Выявление особенностей разрешения торговых споров между субъектами мировой экономики в рамках ВТО. Результаты исследования: рассмотрены теоретические и практические аспекты юридической деятельности ВТО; исследованы прецеденты решения торговых споров в рамках ВТО; дана оценка эффективности...
82893. УЧЕТ РАСЧЕТОВ С ПОДОТЧЕТНЫМИ ЛИЦАМИ НА ПРИМЕРЕ ОАО «АКРОН» 354 KB
  В процессе финансоʙо-хозяйстʙенной деятельности у организаций ʙозникает потребность использоʙать наличные денежные средстʙа для расчетоʙ с работниками по командироʙкам ʙыдачи им средстʙ на предстаʙительские цели для покупки за наличный расчет тоʙароʙ ʙ других организациях или у...
82894. Поэтический мир Иосифа Бродского. Перцептивный аспект 729 KB
  Несколько слов об автономности зрения. Маска бесконечности»: поэтика цвета. Особенности функционирования цветообозначений на уровне композиции лирического произведения. Птичкиным языком: звук в поэтическом мире. Все звуки, помимо воя»: фрагменты акустической картины мира. Особенности функционирования акустических тем, мотивов и образов на уровне композиции лирического произведения. Портрет из воздуха»: поэтика запаха. Горький вымысел стиха»: поэтика вкуса...