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

85992. ГЕОПОЛИТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕОРИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 82.92 KB
  Например в России прошел II Всероссийский конгресс политологов а в Беларуси ряд международных конференций и семинаров. Распад СССР как геополитическая катастрофа Афганистан Косово и Средняя Азия как плацдармы контроля две войны России в Чечне с целью сохранения целостности страны и контроля за добычей нефти в Каспии. В данном случае он просто повторил опыт царской России. Замятин приводит в этой связи интересный пример: Так политическое и военное соперничество России и Великобритании в Средней Азии во второй половине XIX в.
85993. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИИ, МЕТОДИКИ И СТРУКТУРЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ВО ВНЕШНЕЙ ПОЛИТИКЕ 59.97 KB
  Теории и анализ принятия решений в области внешней политики обозначились еще в 1950е гг. Объектом теорий принятия решений во внешней политике являются не общие проблемы касающиеся например предмета и сущности международных отношений конфликта или другие а конкретные вопросы связанные с действиями государства. Некоторые исследователи справедливо отмечают что изучение детерминант внешней политики без учета процесса принятия решений может оказаться или напрасной потерей времени поскольку результаты не будут иметь практического значения...
85994. ВНЕШНЕПОЛИТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС 60.01 KB
  Ответы на этот вопрос призваны дать социологический и политический анализы внешней политики. Втретьих существует четкое осознание противоречия между с одной стороны требованиями максимально высокого профессионализма во внешней патетике а с другой императивами сохранения и укрепления и в этой сфере демократических начал. Оно ведет к поиску путей и средств оптимального преодоления названного противоречия какими оказываются многочисленные общественные организации по проблемам внешней политики как внутри социальной и политической элит так...
85995. МЕСТО И РОЛЬ КОНФЛИКТОВ ТЕОРИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 123.4 KB
  Понятие конфликта Проблема конфликта является одной из сложнейших в теории международных отношений. Оставаясь важнейшим элементом международных отношений она переходит в качественно иное состояние наполняя внутреннюю жизнь любого субъекта напряженностью и возможной взрывоопасностью. Хотя среди аналитиков нет единого мнения в вопросе определения конфликта они в общем соглашаются что под конфликтом в международных отношениях понимается особый вид внешнеполитического взаимодействия субъектов прежде всего государств который выражается в...
85996. ПОНЯТИЕ И СУЩНОСТЬ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 155.5 KB
  В русском языке понятие «международные отношения» существенно расходится с вроде бы родственным ему «international relations» в английском языке, на котором почти исключительно создавалась эта наука. В нашем понимании «международные отношения» в изначальном и прямом...
85997. ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО МИРА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА МЕЖДУНАРОДНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ВНЕШНЮЮ ПОЛИТИКУ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 56.64 KB
  В современных условиях глобализация как важнейшая особенность международных отношений вызывает неоднозначную оценку. Сущность глобализации Сам термин глобализация по своей внутренней определенности предполагает формирование подлинного мира в котором по мнению некоторых аналитиков стираются географические границы социальных и культурных систем и сами люди во все большей степени осознают исчезновение подобных границ. Тем не менее глобализация имеет объективные источники и следовательно является естественным ходом истории. Таким образом...
85998. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ОСНОВНЫЕ КАТЕГОРИИ ТЕОРИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 72.11 KB
  Поскольку в нашем пособии рассматривается интеллектуальная карта дисциплины международных отношений ни одно представление в этой академической области не будет приниматься само по себе. Кукулка выработать же объективистский взгляд на проблему международных отношений очень и очень трудно если вообще возможно. Так в основе историкоописательного метода лежат представления о дипломатических отношениях между государствами в тот или иной период развития истории; Он только описывает взаимодействие между основными субъектами международных...
85999. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕОРИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 193.5 KB
  Поэтому в современной науке о международных отношениях все чаще обнаруживается стремление к переходу от теоретического к методологическому и нормативному модусу рассмотрения этих отношений, в границах которых она нередко воспринимается как форма делегитимизации
86000. ИНТЕГРАЦИОННЫЕ И ДЕЗИНТЕГРАЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ В ТЕОРИИ МЕЖДУНАРОДНЫХ ОТНОШЕНИЙ 76.4 KB
  Развитие интеграционных процессов стало закономерным результатом роста производительных сил что потребовало создания более надежных связей и отношений между странами и устранения многочисленных препятствий на пути сотрудничества. В интеграции необходимо выделить несколько элементов: Первый предпосылки к которым необходимо отнести близость уровней развития и степень зрелости интегрирующихся стран; наличие исторических связей общность проблем стоящих перед странами в области развития и сотрудничества; демонстративный эффект когда в...