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

65120. Чингисхан. Формирование личности Темучжина 117.5 KB
  В давнем споре эпоха ли создает личности или личности формируют эпоху нет пока ни победителей ни побежденных. Эпоха несомненно сыграла огромную роль в формировании личности Темучжина будущего Чингисхана. В любом случае это было время когда первое еще дочингисовское государство монголов именовавшееся...
65121. ИСТОРИЯ ТИБЕТА С ДРЕВНЕЙШИХ ВРЕМЕН ДО НАШИХ ДНЕЙ 2.26 MB
  Далайлама XIV покинул Тибет что тоже осложнило и осложняет продвижение Тибета по пути преобразований. Б Дхармасале Индия размещается эмигрантское правительство Тибета возглавляемое Далайламой. В хронике Далайламы V говорится...
65122. Медные джучидские монеты XV века 70 KB
  Особенностью этих пулов является форма начертания слова чекан. Тем же резчиком очевидно делались и штемпеля для чеканки аверса пулов с изображением утки в картуше. Опираясь на фактурные признаки не характерные для пулов предыдущего периода.
65123. ПО ПОВОДУ ОДНОГО «ОТКРЫТИЯ» В ДЖУЧИДСКОЙ НУМИЗМАТИКЕ 38 KB
  На основании этих данных усугубленных грамматически ошибочным чтением строки 2 в первом издании во втором; перевод не соответствует ни тому ни другому: Да будет счастлив этот год Лебедев выстраивает следующую логическую цепочку...
65124. СТАРЫЙ И НОВЫЙ САРАЙ - СТОЛИЦА ЗОЛОТОЙ ОРДЫ 61 KB
  В археологической и исторической литературе последнего столетия посвященной проблемам истории Золотой Орды и государств соприкасавшихся с ней указываются обычно две столицы Сарай и Новый Сарай. Арабский писатель Эломари ал Омари рассказывая о делах в Улусе Джучиевом приводит два описания города Сарая...
65125. ДЖУЧИДСКИЕ МОНЕТЫ В КОНТЕКСТЕ ТЮРКСКОЙ И МУСУЛЬМАНСКОЙ КУЛЬТУР 69.5 KB
  Воины Чингизхана конем и мечём перекраивали карту континента. Кроме этого полновесные из хорошего серебра монеты должны были помочь ханам Золотой Орды в политике протекции торговле и привлечении иностранных купцов на рынки восстановленных и новопостроенных городов.
65126. О ПРАВЛЕНИИ ХАНОВ В КРЫМУ В 1419 - 1422 ГОДАХ ПО НУМИЗМАТИЧЕСКИМ ДАННЫМ 89.5 KB
  Хромов Весной 2001 года в районе поселка Коктебель АР Крым был найден комплекс золотоордынских монет первой четверти XV века. Общая численность хорошо определяемых монет большей части комплекса составила около 600 экземпляров.
65127. Об одной группе медных подражаний джучидским деньгам из Николаевской области (Украина) 206 KB
  Одним из таких районов является район нижнего Побужья вместе с выпуском подражаний медной монете Сарая ал Джедид с цветочным орнаментом выпуск нескольких серий медных монет с высокой точностью имитирующих серебряные денги Сарая ал Джедид с именами ханов Бердибека фото...
65128. Перечеканка привозных монет в Крымском улусе в XIII веке 140 KB
  Кроме того это позволяет дать в последующем ответы на некоторые вопросы метрологии – ведь вес и проба серебра в монете-заготовке должны были соответствовать установленным в Крымском Улусе нормам следовательно на определенном этапе Крым начал использовать для своей монеты общепринятую в регионе весовую норму.