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

12 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

78569. Мы школьниками стали 43 KB
  Ведущий: Ну, конечно, в первый! Мы проучились в нем...месяца и стали настоящими учениками. Приглашаем всех на весёлый праздник - «Мы школьниками стали». 3-й ученик: Пусть зовут нас «шестилетки»! пусть не ставят нам отметки! Не ведём мы дневники!
78570. Повторення вивченого про прикметник. Спостереження за роллю прикметників у мовленні 90 KB
  Прикметники-синоніми прикметники-антоніми та прикметники багатозначні слова. Спиши вставляючи в речення потрібні за змістом прикметники. Випиши прикметники. Опиши поданий український вишитий рушник використовуючи різні прикметники.
78571. Водойми, їх різноманіття 49 KB
  Вода. Під горою під крутою не ріка тече струною Це холодна бє вода із старого Джерела. Яке значення має вода на Землі Які водойми суші ви знаєте Яким кольором позначають воду на карті глобусі IV Вивчення нового матеріалу 1. Вода напуває Землю яка годує людину.
78572. Збережемо природу Землі разом 95 KB
  Мета. Поглибити і розширити знання учнів про вплив людини на природу Землі. Підвести дітей до усвідомлення необхідності зберігати та примножувати природні багатства, раціонально їх використовувати.
78573. Що належить до природи. Жива і нежива природа 35.5 KB
  Мета: розширити знання учнів про різноманітність природи; формувати уявлення про живу та неживу природу; вчити відрізняти предмети природи від речей виготовлених людиною; розвивати вміння спостерігати за обєктами природи; виховувати дбайливе ставлення до природи речей створених людиною.
78574. Охорона природи України 165.5 KB
  Поглибити і розширити знання дітей про роль природи її вплив на людину про необхідність збереження і охорони природного середовища; підвести дітей до усвідомлення необхідності зберігати і примножувати природні багатства раціонально їх використовувати.
78575. Охрана природы 10.03 MB
  Много животных там стало водиться: Змеи слоны черепахи и птицы. За 1000 лет наша Земля изменилась до неузнаваемости: обмелевшие реки вырубленные леса нефтяные пятна на поверхности морей и океанов сотни исчезнувших растений и животных.
78576. Допоможемо природі 37 KB
  На мелодію з мультфільму Бременські музики Весь світ у нас в руках Керують ним лиш люди Дізнатись хочем ми Що завтра з світом буде Ось ми прийшли сюди до Вас Привіт Бонжур Хеллоу Те що розкажемо в цей час Хвилює всіх давно Нумо в цей час Слухайте нас Загітувати...
78577. Водойми рідного краю. Охорона водойм 64.5 KB
  Виховувати любов до природи та дбайливе ставлення до водойм. Формувати в учнів поняття «водойми». З’ясувати значення водойм рідного краю у житті людини. Ознайомити з різноманітністю водойм рідного краю. Розвивати пізнавальний інтерес, уміння аналізувати, порівнювати, робити висновки.