3830

Внутренний фотоэффект в полупроводниках

Лабораторная работа

Физика

Внутренний фотоэффект в полупроводниках. Цель работы. Определение опытным путем влияния освещенности на проводимость полупроводника и установление закона рекомбинации неосновных носителей заряда. Указания по организации самостоятельной работы....

Русский

2012-11-08

95 KB

12 чел.

Внутренний фотоэффект в полупроводниках.

1. Цель работы.

Определение опытным путем влияния освещенности на проводимость полупроводника и установление закона рекомбинации неосновных носителей заряда.

2. Указания по организации самостоятельной работы.

Работа сводится к определению электрической проводимости полупроводника при различной его освещенности, и после прекращения освещения.

Проводимость собственных полупроводников в основном определяется концентрацией свободных носителей заряда. Концентрация неравновесных носителей заряда зависит от генерации под действием света и обратного ему процессу рекомбинации. Генерация неравновесных носителей возможна, если энергия кванта превышает ширину запрещенной зоны полупроводника, причем их концентрация зависит от величины освещенности. Чтобы установить влияние освещенности, необходимо измерять проводимость образца при различных значениях потоков излучения.

Рекомбинация неравновесных носителей приводит к уменьшению их концентрации по определенному закону. Скорость уменьшения концентрации зависит от особенностей материала полупроводника. Чтобы установить закон рекомбинации неосновных носителей заряда, необходимо измерять проводимость полупроводника после выключения источника света до тех пор, пока она не станет равновесной.

3 Описание лабораторной установки.

 Оборудование: полупроводниковый резистор, освещаемый фотодиодом, регулируемый источник напряжения, генератор коротких импульсов, осциллограф, амперметр.

Исследование законов изменения проводимости полупроводников материалов при их облучении и определение времени жизни неравновесных носителей заряда производится на макете, схема которого приведена на рис. 1.

Рис 1

 Основным элементом схемы является оптронная пара VL, содержащая полупроводниковый фоторезистор и светодиод. Напряжение на фоторезисторе изменяется при помощи потенциометра RP1, измеряется осциллографом. Резистор R2 служит для ограничения тока в цепи, который измеряется микроамперметром PA1.

Исследуемый полупроводниковый образец освещается светодиодом. Интенсивность освещения задается величиной тока, которая регулируется потенциометром RP2. Зависимость светового потока от величины тока, измеряемого миллиамперметром PA2, - линейная, если ток изменяется в пределах, указанных на макете. На светодиод можно подавать импульс тока от генератора G, который включается тумблером SA. Форма и величина импульсов напряжения, возникающих на фоторезисторе, определяется при помощи осциллографа.

4 Выполнение работы.

Результаты снятия вольтамперной характеристики образца при различной величине освещенности, которая задается силой тока Iсв, протекающего через светодиод, представлены в таблице 1 и в виде графических зависимостей на рис. 2 .

По графикам можно определить электрическую проводимость образца:

  Таблица 1

Iсв = 2мА

Iсв = 4мА

Iсв = 6мА

Iсв = 8мА

U,В

I,мA

U,В

I,мA

U,В

I,мA

U,В

I,мA

1,16

10

0,61

10

0,44

10

0,36

10

2,26

20

1,25

20

0,87

20

0,69

20

3,35

30

1,8

30

1,32

30

1,04

30

4,48

40

2,43

40

1,69

40

1,38

40

I, мA

 

Iсв=8мА Iсв=6мА Iсв=4мА     Iсв=2мА

 

 

 

 

 

 

U, В

Рис 2 – ВАХ при различной освещенности

Рассчитаем для каждой кривой зависимость

Таблица 2

G,см

Iсв,мА

0,0090

2

0,0165

4

0,0240

6

0,0294

8

 График зависимости  представлен на рис 3.

, см

 

 

 

 Iси, мА

Рис 3 – Зависимость проводимости от освещения

Подавая на светодиод импульсы от генератора G и установив максимальное напряжение на фоторезисторе, на экране осциллографа получим кривую изменения напряжения от времени. На рис. 4 представлена эта зависимость.

 

 

Рис 4 – Кривая на экране осциллографа

По кривой с экрана осциллографа можно построить график изменения во времени концентрации неравновесных носителей заряда , где и  - наибольшее значение измеряемой величины.

Время жизни неравновесных носителей заряда:

t = 0,1 мс

5 Вычисление погрешностей

 Погрешность прямых измерений:

Погрешность косвенных измерений:

6. ВЫВОД: в процессе выполнения данной лабораторной работы мною опытным путем было определено влияние освещенности на проводимость полупроводника и установление закона рекомбинации неосновных носителей заряда.


mA

mA

G

VL

X2

X1

R2

PA1

RP1

PA2

RP2

SA

VD