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

75723. Порядок расследования и учета несчастных случаев на производстве 20.58 KB
  Порядок расследования и учета несчастных случаев на производстве. Расследование обстоятельств и причин несчастного случая на производстве который не является групповым и не относится к категории тяжелых или со смертельным исходом проводится комиссией в течение 3 дней. Расследование группового несчастного случая на производстве тяжелого несчастного случая на производстве и несчастного случая на производстве со смертельным исходом проводится комиссией в течение 15 дней. Несчастный случай на производстве о котором не было своевременно...
75724. Первоочередные меры, применяемые в связи с несчастным случаем на производстве 18.56 KB
  При групповом несчастном случае на производстве 2 и более человек тяжелом несчастном случае на производстве по схеме определения тяжести несчастных случаев на производстве утверждаемой Министерством здравоохранения Российской Федерации по согласованию с Министерством труда и социального развития Российской Федерации несчастном случае на производстве со смертельным исходом работодатель или уполномоченное им лицо в течение суток по форме установленной Министерством труда и социального развития Российской Федерации обязаны сообщить: а о...
75725. Порядок расследования одиночного несчастного случая на производстве 19.73 KB
  Порядок расследования одиночного несчастного случая на производстве. Производственный травматизм и профессиональные заболевания это сложные многофакторные явления обусловленные действием на человека в процессе его трудовой деятельности опасных вызывающих травмы и вредных вызывающих заболевание факторов. Расследование и учет несчастных случаев на производстве необходимы для разработки и осуществления мероприятий по профилактике травматизма улучшению состояния условий и охраны труда. Несчастный случай на производстве это случай...
75726. Порядок расследования тяжелого, группового несчастного случая и несчастного случая со смертельным исходом на производстве 15.81 KB
  Порядок расследования тяжелого группового несчастного случая и несчастного случая со смертельным исходом на производстве. Несчастные случаи подлежащие расследованию и учету Порядок проведения расследований несчастных случаев При расследовании каждого несчастного случая комиссия в предусмотренных случаях государственный инспектор труда самостоятельно проводящий расследование несчастного случая выявляет и опрашивает очевидцев происшествия лиц допустивших нарушения требований охраны труда получает необходимую информацию от работодателя...
75727. Порядок оформления акта по форме Н-1 о несчастном случае на производстве и учета несчастного случая на производстве 18.73 KB
  Указывается число месяц год и время проишетвиям несчастного случая количество полных часов от начала работы смены. Почтовый юридический адрес указывается в последовательности установленной правилами оказания услуг связи: почтовый индекс название и вид населенного пункта название улицы номер дома номер корпуса номер офиса если организация не занимает здание полностью. При наличии в организации нескольких ОКВЭД в акте указывается только основной вид экономической деятельности. Наименнование структурного подразделения организации...
75728. Методы изучения причин несчастных случаев на производстве 14.61 KB
  Методы изучения причин несчастных случаев на производстве. Вывешенные на стене такие планы постоянно сигнализируют напоминают о местах несчастных случаев. Повторение несчастных случаев в определенных местах будет свидетельствовать о неблагополучии с охраной труда на данных объектах. Путем дополнительного обследования указанных мест выявляют причины вызвавшие несчастные случаи и намечают текущие и перспективные мероприятия по устранению несчастных случаев для каждого отдельного объекта.
75729. Расчет показателей(коэф-ов) , характеризующих состояние производственного травматизма 101.75 KB
  Для характеристики уровня производственного травматизма в бригаде участке цехе предприятии отрасли и народном хозяйстве в целом а также для сопоставления состояния травматизма в этих структурных подразделениях используются относительные показатели коэффициенты частоты тяжести несчастных случаев и нетрудоспособности. Показатели рассчитываются на основе данных отчета о пострадавших при несчастных случаях.Показатель частоты несчастных случаев кч:...
75730. Статистический метод анализа причин производственного травматизма 14.48 KB
  Статистический метод анализа причин производственного травматизма Статистический метод анализа причин производственного травматизма служит сегодня пожалуй основным методом позволяющим вырабатывать политику действий и намечать конкретные меры по предотвращению этого печального и нежелательного явления. Для анализа собирают массив данных по всем изучаемым показателям. С помощью статистического анализа можно обнаруживать закономерности свойственные этим показателям изучать особенности возникновения несчастных случаев в отдельных...
75731. Условия и факторы производственной среды, вредно влияющие на организм человека. Нормативные документы, регламентирующие их параметры 36 KB
  Условия и факторы производственной среды вредно влияющие на организм человека. Производственная среда это часть окружающей человека среды включающая природно-климатические факторы и факторы связанные с профессиональной деятельностью шум вибрация токсичные пары газы пыль ионизирующие излучения и др. Опасными называются факторы способные при определенных условиях вызывать острое нарушение здоровья травму и гибель организма; вредными факторы отрицательно влияющие на работоспособность или вызывающие профессиональные заболевания и...