12498

Изучение внутреннего фотоэффекта

Лабораторная работа

Физика

Изучение внутреннего фотоэффекта: методические указания по выполнению лабораторной работы № 83 по курсу Физика для студентов инженернотехнических специальностей / Курск гос. техн. унт; сост.: Л.А. Желанова А.А. Родионов. Курск 2010. 7 с. Библиогр.: с.7. Содержат сведения...

Русский

2013-04-29

43 KB

10 чел.

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

51566. Обєми многогранників та тіл обертання 10.46 MB
  Спіймати на гарячому ювеліра Архімеду допоміг відкритий ним у ванні евристичний закон: об’єм зануреного у воду тіла можна знайти по витісненому тілом об’єму води див. щоб знайти об’єм циліндра використовували метод апроксимації для об’ємів подібних тіл принцип Кавальєрі для зрізання – формули Сімпсона; д. Додаткове питання вчитель Що необхідно щоб виміряти об’єм геометричного тіла Знайти число яке визначає скільки одиничних кубів міститься у даному геометричному тілі. Знайти об’єм повітря в кабінеті відповісти на питання:...
51568. Культурное наследие декабристов на поселении в Забайкалье: история и современность 151.5 KB
  Рассмотреть литературное наследие декабристов на поселении в Забайкалье (30-60 гг. XIX в.); Описать материальное наследие декабристов на поселении в Забайкалье (30-60 гг. XIX в.); Определить недвижимое наследие декабристов в Бурятии; Изучить недвижимое наследие декабристов в Забайкальском крае.
51569. Гармония в музыке 35 KB
  Конечно и мне будет вряд ли под силу провести Вас по всему этому пути хотя бы потому что не могу услышать Вашей реакции Ваших упражнений на клавиатуре и т. И даже в Ваших земных бытовых часто откровенно мелочных страстях и делах неизбежно работают те же законы что и там в этой сверкаючей черноте. А тогда разве не очевидно что та ничем неразрушимая симметрия и логичность мира которая поражает Ваши глаза конечно же живет и в Вас самих. И Ваши клетки и Ваши чувства и Ваши желания все это выстроено столь же тщательно как и все во...
51570. Название круглых сотен 50 KB
  Цель: Сформировать понятие сотни. Сформировать способность к счету сотнями, Сформировать знание способам их названия и записи, Сформировать умение сложению и вычитанию круглых сотен. Оборудование: интерактивная доска, презентация.
51571. Открытый урок «перевод» 97 KB
  I think I believe To my mind In my opinion I gree I do not quite gree I disgree It’s right You re not quite right You re mistken How right you re Excuse me but Would you kindly repet Полилог дискуссия за круглым столом Говорим по очереди S 1 монолог по 2 человека The first trend is the diversity in students. Students hve of course lwys been diverse. Whether in the pst or in the present dy students lern t unique pces show unique personlities nd lern in their own wys. Now more thn ever techers re likely to serve...
51572. ОСНОВНЫЕ ПЕРИОДЫ ЕВРЕЙСКОЙ КУЛЬТУРЫ 49.5 KB
  14 лет Завоевание Земли и раздел ее между коленами Вход в Землю ИзраиляИеhошуа БинНун Книга Иеhошуа история за воевания и раздела земли Период Судей 1З11 вв. Власть Судей не постоянная и не наследственная ГидеонШимшон Самсон Дебора Пророк ШмуэльСамуил Книга Судей история народа в этот периодШмуэльКнига Рут история семьи ДавидаШмуэль Период объединен ного царства 10 в. 80 лет Создание и расцвет объединенного еврейского царства со столицей в Иерусалиме царь Шауль Саул царь Давид царь Шломо СоломонПостроение Первого...
51574. Конструирование диагностико-проектировочной и ценностно-ориентировочной деятельности педагога 183 KB
  Конструирование диагностико проектировочной и ценностноориентировочной деятельности педагога. Ведущие задачи диагностикопроектировочного этапа педагогической деятельности. Задачный характер педагогической деятельности. Коллективное планирование как обязательное условие жизнедеятельности детского коллектива.