36908

Изучение процессов генерации и рекомбинации неравновесных носителей заряда в твердых телах при возбуждении их светом, экспериментальная проверка кинетики затухания рекомбинационной люминесценции при наличии центров захвата(ловушек)

Лабораторная работа

Физика

Таблицы и графики Результаты измерений и расчетов: tc I1 мА I2 мА I3 мА I4 мА I5 мА Icp мА y = 10 0292 0284 0305 0293 0290 0293 0306 15 0264 0260 0265 0263 0261 0263 0379 20 0237 0238 0241 0243 0235 0239 0446 25 0220 0219 0216 0225 0228 0222 0501 30 0210 0209 0210 0203 0220 021 0543 35 0196 0192 0190 0195 0193 0193 061 40 0187 0185 0180 0179 0182 0183 0653 50 0170 0165 0165 0167 0170 0167 073 60 0158 0154 0156 0153 0154 0155 0796 70 0149 0147 0143 0144 0146...

Русский

2013-09-23

658 KB

5 чел.

PAGE  2

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа ИУИТ, УИС-111                         К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент Дмитриева Е. В.                                          Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель Шульмейстер А. М.                     Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №55

Исследование люминесценции кристаллофосфоров.

  1.  Цель работы:

Изучение процессов генерации и рекомбинации неравновесных носителей заряда в твердых телах при возбуждении их светом, экспериментальная проверка кинетики затухания рекомбинационной люминесценции при наличии центров захвата(ловушек).

2. Принципиальная схема установки

(или её  главных узлов):

Л – лампа накаливания;

Ф – фоторезистор;

Б – источник постоянного             

     напряжения;

    μА – микроамперметр;

    П – переключатель;


      μА 
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Люминесценцией тела в данной спектральной области называется избыток излучения над температурным при условии, что это избыточное излучение обладает конечной длительностью, превышающей период световых колебаний.

В зависимости от вида возбуждения люминофора различают: фотолюминесценцию, возникающую в результате поглощения света; катодо-, рентгено-, и радиолюминесценцию, возбуждаемую соответственно потоком быстрых электронов, рентгеновским излучением, α и β-частицами, протонами, осколками ядерного деления; электролюминесценцию, возбуждаемую электрическим полем; хеми- и биолюминесценцию, при которых излучение света сопровождает химическую реакцию.

Теоретической основой современных представлений о механизме люминесценции кристаллофосфоров служит зонная теория твердых тел. В основе теории лежит энергетическая модель люминесцирующего кристалла. На рисунке выше представлен энергетический спектр электрона в кристаллической решетке, имеющей какие-либо дефекты. Состояния, принадлежащие зонам энергии (зона проводимости и валентная зона), связаны с основным веществом кристалла. Внедрение примесей в кристаллическую решетку основания люминофора либо присутствие в ней собственных дефектов вызывает появление локальных энергетических уровней внутри запрещенной зоны.

В зависимости от типа внутренних дефектов в кристаллофосворе и от температуры среды можно рассмотреть различные процессы возбуждения (генерации) свободных носителей заряда. Например, тепловая генерация электронов из валентной зоны в зону проводимости (переход 1), что ведет к появлению свободных электронов в зоне проводимости и вакантных мест (дырок) в валентной зоне; ионизация примесных центров (переход 2), и т.д.

Кроме теплового возбуждения возможны и другие способы генерации свободных носителей в кристаллах: под действием света, ионизирующих частиц и т.д., что также может привести к электронным переходам типа 1,2,5,6,7,8.

Появляющиеся дополнительно против равновесной концентрации свободные носители называются неравновесными.

Свободные электроны непрерывно участвуют в процессе рекомбинации либо с ионизированным центром (переход 4), либо с дырками валентной зоны. Последний процесс может протекать или непосредственно через всю запрещенную зону (переход 3), или сначала электрон переходит на примесный уровень (переход 9), а затем с примесного уровня в валентную зону (переход 10). Могут наблюдаться случаи, когда первым имеет место электронный переход 10, а затем 9.

    Выделение энергии может происходить или в виде кванта света, или в виде тепла (фонов). В первом случае рекомбинацию называют излучательной, во втором – безызлучательной.

Излучательная рекомбинация рассмотренного выше типа называется рекомбинационной люминесценцией.

В данной лабораторной работе используется люминофор, который в невозбужденном состоянии является почти изолятором, имеющим один тип центров свечения, на которых может происходить излучательная рекомбинация. При этом применяется световое возбуждение с энергией квантов, недостаточной для перехода электронов из зоны в зону (переход 1), поэтому следует ожидать возбуждение типа 2 или 11.

Вследствие конечной длительности пребывания системы в возбужденном состоянии, люминесценция не исчезает мгновенно после прекращения возбуждения, а затем с определенной скоростью.

Если N- число возбужденных центров свечения в момент времени t, а - среднее время «жизни» возбужденного состояния, то число центров dN , переходящих в основное состояние за время dt, будет равно

(1)

Преобразуя выражение (1) и интегрируя, получим

(2)

Если в начале процесса (при t=0) N=N0, то

(3)

Интенсивность свечения I определяется числом излучательных переходов в единицу времени:

(4)

Таким образом, приходим к экспоненциальному закону затухания внутрицентровой люминесценции. В случае рекомбинационной люминесценции:

(5)

Где NA – ионизированный центр свечения, n – свободные электроны, β – коэффициент рекомбинации. Если концентрацией электронов в отсутствие возбуждения пренебречь, то NA = n. После интегрирования и всевозможных постановок окончательно получим:

(6)

4. Таблицы и графики

    Результаты измерений и расчетов:

t,c

I1, мА

I2, мА

I3, мА

I4, мА

I5, мА

Icp, мА

y =

10

0,292

0,284

0,305

0,293

0,290

0,293

0,306

15

0,264

0,260

0,265

0,263

0,261

0,263

0,379

20

0,237

0,238

0,241

0,243

0,235

0,239

0,446

25

0,220

0,219

0,216

0,225

0,228

0,222

0,501

30

0,210

0,209

0,210

0,203

0,220

0,21

0,543

35

0,196

0,192

0,190

0,195

0,193

0,193

0,61

40

0,187

0,185

0,180

0,179

0,182

0,183

0,653

50

0,170

0,165

0,165

0,167

0,170

0,167

0,73

60

0,158

0,154

0,156

0,153

0,154

0,155

0,796

70

0,149

0,147

0,143

0,144

0,146

0,146

0,851

80

0,139

0,137

0,135

0,138

0,134

0,137

0,91

90

0,134

0,129

0,131

0,128

0,130

0,13

0,961

100

0,127

0,123

0,124

0,125

0,124

0,125

1

110

0,122

0,120

0,121

0,120

0,120

0,121

1,033

120

0,117

0,117

0,113

0,119

0,117

0,117

1,067

R1= 125мм       Iтемн= 0,08мА       I0= 500мкА=0,5мА

t,c

I1, мкА

I2, мкА

I3, мкА

I4, мкА

I5, мкА

Icp, мкА

y =

10

0,288

0,259

0,261

0,254

0,256

0,264

-0,027

15

0,254

0,235

0,233

0,230

0,233

0,237

0,027

20

0,234

0,214

0,210

0,215

0,218

0,218

0,071

25

0,217

0,205

0,201

0,200

0,201

0,205

0,104

30

0,202

0,189

0,185

0,186

0,191

0,191

0,144

35

0,189

0,175

0,182

0,173

0,184

0,181

0,175

40

0,181

0,175

0,171

0,176

0,180

0,177

0,188

50

0,165

0,157

0,160

0,153

0,159

0,159

0,254

60

0,152

0,146

0,150

0,151

0,147

0,149

0,295

70

0,143

0,140

0,143

0,135

0,133

0,139

0,341

80

0,133

0,130

0,135

0,125

0,127

0,13

0,387

90

0,127

0,125

0,127

0,129

0,130

0,128

0,398

100

0,119

0,115

0,113

0,119

0,121

0,117

0,462

110

0,114

0,115

0,118

0,121

0,110

0,116

0,468

120

0,109

0,108

0,101

0,103

0,110

0,106

0,536


R2= 250мм       Iтемн= 0,11мА       I0= 250мкА=0,25мА

5. Расчёт погрешностей измерений 

(указать метод расчёта погрешностей).

Для момента времени t1=20 c, когда преобладают случайные ошибки измерений, по методу Стьюдента, оцениваем  на какую величину истинное значение силы тока отличается от его среднего значения Icp . Для этого следует определить параметр , характреризующий ширину кривой распределения Стьюдента:

R1:

R2:

6. Окончательные результаты:

                    R1:   

                    R2:   

Подпись студента:


EMBED Visio.Drawing.6  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13396. Створення об’єктів за допомогою інструмента «Коробка» 118.48 KB
  Лабораторна робота № 11. Тема: Створення обєктів за допомогою інструмента Коробка. Мета: навчитись будувати твердотільні моделі заданого розміру та розташування в просторі за допомогою інструменту Коробка. Обладнання: AutoCAD 2008 AutoCAD 2012 ПК. Теоретичні відомості...
13397. Створення пустотілих об’єктів за допомогою інструмента «Віднімання» 43.62 KB
  Лабораторна робота № 12. Тема: Створення пустотілих обєктів за допомогою інструмента Віднімання Мета: отримати практичні навички при виконанні операцій з твердотільними обєктами Обладнання: AutoCAD 2008 AutoCAD 2012 ПК. Теоретичні відомості. Трехмерная компьютерна
13398. Створення плоских поверхонь по двох точках з використанням повороту КСК 13.41 KB
  Лабораторна робота № 13. Тема: Створення плоских поверхонь по двох точках з використанням повороту КСК. Мета: отримати практичні навички при виконанні операцій з твердотільними обєктами Обладнання: AutoCAD 2008 AutoCAD 2012 ПК. Теоретичні відомості. Трехмерна
13399. Використання джерел світла і тіні 12.85 KB
  Лабораторна робота № 14. Тема: Використання джерел світла і тіні. Мета: навчитись використовувати різні джерела світла. Обладнання: AutoCAD 2008 AutoCAD 2012 ПК. Теоретичні відомості: при виконанні ЛР можна скористатись відеоуроком Lesson_10 який можна знайти на спільному ресурс
13400. Робота з командами AutoCAD. Побудова базових об’єктів 1.25 MB
  Тема: Робота з командами AutoCAD. Побудова базових обєктів. Мета: Закріпити знання команди line Ознайомитися з командами offset fillet та особливостями їх використання засвоїти прийоми побудови нескладного плану кімнати. Обладнання: ПК пр...
13401. Зміна стилю розмірності, виставлення лінійних розмірів в плані 124.5 KB
  Тема: Зміна стилю розмірності виставлення лінійних розмірів в плані. Мета: Навчитись створювати розмірний стиль та виставляти реальні розміри в плані приміщення. Розвивати навички побудови плану. Обладнання: ПК програмне забезп...
13402. Використання команд модифікації для зображення дверей та вікон. Вставка та створення блоків 153.5 KB
  Тема: Використання команд модифікації для зображення дверей та вікон. Вставка та створення блоків. Мета: Вдосконалити практичні навички роботи з командами редагування побудови подібних offset розширення extend обрізання trim. Отримати практичні навички...
13403. Створення шаблону рамки для креслень згідно із затвердженим стандартом 288.5 KB
  Тема. Створення шаблону рамки для креслень згідно із затвердженим стандартом. Мета: систематизувати практичні навички роботи з командами побудови та редагування ознайомитись з поняттям шару рівня та менеджером шарів ознайомитись зі зразками та мет
13404. Методика і техніка шкільного демонстраційного експерименту із розділу Механіка (10 кл.) 352.5 KB
  Тема: Методика і техніка шкільного демонстраційного експерименту із розділу Механіка 10 кл. Відносність спокою і руху Обладнання: 1 дошка на чотирьох роликах 2 візок і покажчик від приладу з кінематики і динаміки 3 модель підйомного крана. 1. На дошці яка мож...