2618

Физика и физические закономерности

Шпаргалка

Физика

Кольца Ньютона. Радиусы светлых и темных колец. Частым случаем полос равной толщины являются кольца Ньютона, которые наблюдаются в схеме, изображенной на рисунке. Плосковыпуклая линза с большим радиусом кривизны R выпуклой поверхностью лежит на...

Русский

2012-11-12

138 KB

5 чел.

1.Кольца Ньютона. Радиусы светлых и темных колец.

Частым случаем полос равной толщины являются кольца Ньютона, которые наблюдаются в схеме, изображённой на рисунке 4.

Плосковыпуклая линза с большим радиусом кривизны R выпуклой поверхностью лежит на плоской пластине и соприкасается с ней в точке О. Параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность промежутка между линзой и пластиной. При наложении отраженных волн возникают интерференционные полосы равной толщины, имеющие вид колец. Вид этих колец в случае монохроматического света показан на рисунке 5.

В центре наблюдается минимум нулевого порядка (тёмное пятно). Центральный минимум окружён системой чередующихся окрашенных и тёмных колец, ширина и интенсивность которых постоянно убывает по мере удаления от центрального пятна.

Расчёт радиусом окрашенных и тёмных колец.

На рисунке 6 изображены интерферирующие волны, распространяются вдоль лучей 1 и 2.

Разность хода волн равна:

,

где d – толщина зазора между линзой и пластиной, где наблюдается интерференция, n – показатель преломления прослойки, λ/2 – потеря полволны при отражении 1-ой волны от стеклянной пластинки (при условии n<nстекла).

Для наблюдения максимума интерференции или окрашенного кольца:

,

где m-ого порядка окрашенного кольца (m=1,2,3…).

Значит, .

Для минимума интерференции или .

Радиус кольца определим, используя геометрию рисунка 4 OD=d. Из треугольника AO1D:

.

Пренебрегая d2, получим: .

Если подставим значения d, соответствующее минимуму интерференции, получим выражение для радиуса окрашенного кольца m-ого порядка.

Если между линзой и пластинкой воздушная прослойка, то n=1.

Верно. Для чего используют кольца Ньютона?

2.Примесные полупроводники. Полупроводники p-типа и n-типа.

Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.

Примесную проводимость полупроводников рассмотрим на примере Ge и Si, в которые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Например, при замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка (рис. 319, а) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решетки отщеплен от атома, т. е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи; следовательно дырка не возникает. Избыточный положительный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и поэтому перемещаться по решетке не может.

С точки зрения зонной теории рассмотренный процесс можно представить следующим образом (рис. 319, б). Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня D валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии ED=0,013 эВ. Так как ED<kT, то уже при обычных температурах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости; образующиеся при этом положительные заряды локализуются на неподвижных атомах мышьяка и в проводимости не участвуют.

Таким образом, в полупроводниках с примесью, валентность которой  на единицу больше валентности основных атомов, носителями тока являются электроны; возникает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа). Полупроводники с такой проводимостью называются электронными (или полупроводниками n-типа). Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями.

Предположим, что в решетку кремния введен примесный атом с тремя валентными электронами, например бор (рис. 320, а). Для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома бора не хватает одного электрона, одна из связей остается неукомплектованной и четвертый электрон может быть захвачен от соседнего атома основного вещества, где соответственно образуется дырка. Последовательное заполнение образующихся дырок электронами эквивалентно движению дырок в полупроводнике, т. е. дырки не остаются локализованными, а перемещаются в решетке кремния как свободные положительные заряды. Избыточный же отрицательный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и по решетке перемещаться не может.

По зонной теории, введение трехвалентной примеси в решетку кремния приводит к возникновению в запрещенной зоне примесного энергетического уровня  А, не занятого электронами. В случае кремния с примесью бора этот уровень располагается выше верхнего края валентной зоны на расстоянии EA=0,08 эВ (рис. 320, б). Близость этих уровней к валентной зоне приводит к тому, что уже при сравнительно низких температурах электроны из валентной зоны переходят на примесные уровни и, связываясь с атомами бора, теряют способность перемещаться по решетке кремния, т. е. в проводимости не участвуют. Носителями тока являются лишь дырки, возникающие в валентной зоне.

Таким образом, в полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов, носителями тока являются дырки; возникает дырочная проводимость (проворность p-типа). Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (или  полупроводниками p-типа). Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называются  акцепторами, а энергетические уровни этих примесей — акцепторными уровнями.

В отличие от собственной проводимости, осуществляющейся одновременно электронами и дырками, примесная проводимость полупроводников обусловлена в основном носителями одного знака: электронами — в случае донорной примеси, дырками — в случае акцепторной. Эти носители тока называются  основными. Кроме основных носителей в полупроводнике имеются и неосновные носители: в полупроводниках n-типа — дырки, в полупроводниках p-типа — электроны.

Наличие примесных уровней в полупроводниках существенно изменяет положение уровня Ферми ЕF. Расчеты показывают, что в случае полупроводников n-типа уровень Ферми ЕF0 при 0 К расположен посередине между дном зоны проводимости и донорным уровнем (рис. 321), С повышением температуры все большее число электронов переходит из донорных состояний в зону проводимости, но, помимо этого, возрастает и число тепловых флуктуаций, способных возбуждать электроны из валентной зоны и перебрасывать их через запрещенную зону энергий. Поэтому при высоких температурах уровень Ферми имеет тенденцию смещаться вниз (сплошная кривая) к своему предельному положению в центре запрещенной зоны, характерному для собственного полупроводника.

Уровень Ферми в полупроводниках р-типа при 0 К ЕF0 располагается посередине между потолком валентной зоны и акцепторным уровнем (рис. 322). Сплошная кривая опять-таки показывает его смещение с температурой. При температурах, при которых примесные атомы оказываются полностью истощенными и увеличение концентрации носителей происходит за счет возбуждения собственных носителей, уровень Ферми располагается посередине запрещенной зоны, как в собственном полупроводнике.

Проводимость примесного полупроводника, как и проводимость любого проводника, определяется концентрацией носителей и их подвижностью. С изменением температуры подвижность носителей меняется по сравнительно слабому степенному закону, а концентрация носителей — по очень сильному экспоненциальному закону, поэтому проводимость примесных полупроводников от температуры определяется в основном температурной зависимостью концентрации носителей тока в нем. На рис. 323 дан примерный график зависимости ln g от 1/T для примесных полупроводников. Участок AB описывает примесную проводимость полупроводника. Рост примесной проводимости полупроводника с повышением температуры обусловлен в основном ростом концентрации примесных носителей. Участок ВС соответствует области истощения примесей (это подтверждают и эксперименты), участок CD описывает собственную проводимость полупроводника.

Верно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43383. Завдання та система органів державного управління безпекою України 187 KB
  Метою даного дослідження є проведення комплексного аналізу завдань, функцій системи органів державного управління безпекою України, а також розгляд існуючих проблем та перспектив розвитку, які повязані з їх практичним виконанням.
43384. УЧЕТ ЗАТРАТ В НЕЗАВЕРШЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ РАСПРЕДЕЛЯЕМЫХ РАСХОДОВ И ПРОЧИХ ЗАТРАТ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ В ООО «ЛУЗИНСКОЕ ЗЕРНО» 268.5 KB
  В первой части работы мы рассматриваем теоретические аспекты организации бухгалтерского учета затрат в незавершенном производстве. Здесь указываются нормативное регулирование по учету затрат; объекты и статьи учета затрат в растениеводстве; представлены понятия затрат, издержек и расходов; признание расходов в бухгалтерском учете.
43385. Розробка інфологічної та даталогічної моделі 662 KB
  Для підприємств розроблена спеціальна база даних котра формує список співробітників за допомогою додавання їх в базу користувачем.4 Опис основних процедур перетворення даних 1. Для додавання розроблена відповідна форма в котрій забезпечено введення даних а саме: П. Табельний номер Дата прийому на роботу Оклад Після введення даних вони через компонент Tble котрий призначений для роботи з нашою базою даних bd1.
43386. Задачи статистического изучения загрязнения окружающей среды 315 KB
  Проблема защиты окружающей среды и природных ресурсов настолько важна что нет практически в мире государства которое бы в той или иной мере не пыталось ее решить. Существует множество концепций и методов анализа воздействия экономической деятельности на природную среду и обратного влияния природной среды на экономическую деятельность а также оценки ущерба от загрязнения окружающей среды и эффективности природоохранных мероприятий. Потери рабочего времени в результате повышенной заболеваемости; населения изза загрязнения окружающей среды...
43387. Информационный менеджмент, стратегия и политика организации 108.5 KB
  В круг задач информационного менеджмента входят также разработка внедрение эксплуатация и развитие автоматизированных информационных систем и сетей обеспечивающих деятельность предприятия организации. Деятельность любого предприятия зависит от степени воздействия на него внешней среды представляющей сферу прямого и косвенного воздействия АТП которые серьезно...
43388. Определение реакций опор твердого тела 2.53 MB
  Составим уравнения моментов сил относительно точки С и А.3 Составим уравнение равновесия для тела CD: ∑ Fkx = 0 отсюда RD = 0 Для всей конструкции: ∑ Fkx = 0; Q P1∙cos60 XB P2 = 0 откуда XB = 2 кН Составим уравнение моментов сил относительно точки А: ∑ MА= 0 Q∙2 M P1∙sin60∙2 P1∙cos60∙4 P2∙2 RD∙7 YB∙4 = 0 откуда YB = 7196 кН Подставляя найденные значения ХB и YB в уравнение 1 найдем: Итак при шарнирном соединении в точке С модуль реакции B меньше чем при соединении скользящей заделкой. Составим уравнение моментов...
43389. История развития социальной помощи в России 208 KB
  Это было выражено в более расширенной системе помощи которая охватывала и устоявшиеся группы населения и новые формы призрения и воспитания детей предупреждения обнищания населения. В России до начала XVIII века вообще не существовало какойлибо узаконенной формы общественного призрения детей. Первым проявил инициативу митрополит Иов организовавший в 1707 году на собственные средства в Холмовской Успенской обители заведение для призрения сирот и зазорнорожденных незаконнорожденных детей. После смерти Петра I за...
43390. Анализ основных аспектов и проблемных моментов обеспечения конкурентоспособности ООО «Основание» 454 KB
  Важным элементом конкурентоспособности фирмы является конкурентоспособность товара. Это такой уровень его экономических, технических и эксплуатационных параметров, который позволяет выдержать соперничество (конкуренцию) с другими аналогичными товарами на рынке. Кроме того, конкурентоспособность - сравнительная характеристика товара, содержащая комплексную оценку всей совокупности производственных, коммерческих, организационных и экономических показателей относительно она определяется совокупностью потребительских свойств данного товара-конкурента по степени соответствия общественным потребностям с учетом затрат на их удовлетворение, цен, условий поставки и эксплуатации в процессе производительного и (или) личного потребления.
43391. Эстетические аспекты и принципы ведения электронного маркетинга 324.5 KB
  Электронный маркетинг интернет магазин сбор данных обработка данных рекламные компании экономическая эффективность. В курсовой работе проводится оценка эффективности маркетинговой деятельности в сети Интернет проектируется и анализируется интернет-магазин рассматриваются эстетические аспекты и принципы ведения электронного маркетинга.2 Кодекс использования Интернета для маркетинговых целей Американской маркетинговой ассоциации. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ИНТЕРНЕТМАГАЗИНА ООО...