50112

Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів

Лабораторная работа

Физика

Прилади і обладнання Монохроматор УМ2 джерело світла селеновий фотоелемент зразок напівпровідникового кристалу Опис установки Оптична схема експериментальної установки для дослідження спектрального розподілу фотопровідності пропускання та поглинання напівпровідникових матеріалів зібрана на базі монохроматора УМ2 рис.1 в окрему групу виділені основні елементи монохроматора. Світловий пучок що випромінюється джерелом світла 1 фокусується конденсорною лінзою 3 на вхідній щілині 6 монохроматора. Для одержання спектрального розподілу...

Украинкский

2014-01-16

229.5 KB

2 чел.


Лабораторна робота №9

Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів

Мета роботи

Дослідити спектральний розподіл фотопровідності селенового фотоелемента, визначити ширину забороненої зони напівпровідникового кристала за його спектром пропускання

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати особливості зонної структури та механізм провідності фотопровідності напівпровідників

(§6.2, §6.3, §6.5.1)

Прилади і обладнання

Монохроматор УМ-2, джерело світла, селеновий фотоелемент, зразок напівпровідникового кристалу

Опис установки

Оптична схема експериментальної установки для дослідження спектрального розподілу фотопровідності, пропускання та поглинання напівпровідникових матеріалів зібрана на базі монохроматора УМ-2 (рис.1). Її загальний вигляд зображено на рис.2. На рис.1 в окрему групу виділені основні елементи монохроматора.

Розглянемо хід променів в лабораторній установці при дослідженні спектрального розподілу фотопровідності селенового фотоелемента (рис.1) (в цьому випадку напівпровідниковий кристал 4 усувають на шляху поширення світлового променя). Світловий пучок, що випромінюється джерелом світла 1 фокусується конденсорною лінзою 3 на вхідній щілині 6 монохроматора. Пройшовши через б’єктив 7, світло попадає на дисперсійну призму, а далі – через вихідну щілину 10 на селеновий фотоелемент 11. Фотострум, що виникає в електричному колі фотоелемента, вимірюється високочутливим гальванометром 12. 

Для одержання спектрального розподілу пропускання напівпровідникового кристалу, кристал 4, який знаходиться в тримачі, розміщують на вхідній щілині монохроматора. Далі хід променів аналогічний до описаного вище.

На робочому місці знаходиться крива градуювання (крива дисперсії) монохроматора, яка дозволяє переводити покази шкали барабана монохроматора у значення довжин хвиль падаючого випромінювання.

 

Рис. 1

1 − джерело світла; 2 − захисне скло кожуха лампи; 3 − конденсорна лінза ; 4 – напівпровідниковий кристал ; 5 – збиральна лінза; 6 − вхідна щілина; 7 − об’єктив коліматора; 8 − дисперсійна призма; 9 − об’єктив зорової труби; 10 − вихідна щілина; 11 − фотоелемент;

12 − мікроамперметр.

Рис. 2

1 – джерело світла, яке розміщене в захисному кожусі; 2 – конденсорна лінза; 3 – напівпровідниковий кристал; 4 – монохроматор; 5 – селеновий фотоелемент; 6 – барабан довжин хвиль монохроматора; 7 – джерело живлення лампочки розжарення; 8 – мікроамперметр.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Вивчення спектральної чутливості селенового фотоелемента

Для цього (див. рис.2):

  1.  Розмістити селеновий фотоелемент 5 навпроти вихідної щілини монохроматора 4. УВАГА! Прилади налагоджує керівник заняття.
  2.  Увімкнути джерело живлення 7 в мережу 220 В.
  3.  Встановити конденсорну лінзу 2 в рейтер, що знаходиться на оптичній лаві, так, щоб оптичний центр лінзи збігався з оптичною віссю монохроматора. Пучок світла від лампи розжарювання направити на лінзу.
  4.  Пересуваючи рейтер з лінзою 2 по оптичній лаві, добитися чіткого зображення нитки розжарення лампи джерела світла на вхідній щілині монохроматора.
  5.  Регулювання максимальної чутливості фотоелемента 5. Встановити перемикач вибору меж вимірювання мікроамперметра 8 в положення ×1. Обертаючи барабан 6 довжин хвиль в межах 700–3200 відносних одиниць шкали барабана 6 спостерігати за стрілкою мікроамперметра максимум фотоструму . При цьому, відхилення стрілки мікроамперметра повинно становити не менше 60 поділок його шкали. При меншій чутливості мікроамперметра регулюванням положення кристала відносно щілини монохроматора та ширини щілини монохроматора усунути виявлений недолік в чутливості фотоелемента 5.
  6.  Обертаючи барабан 6 в межах 700–3200 через кожні 100 відносних одиниць шкали довжин хвиль визначати за показами мікроамперметра значення фотоструму . Результати вимірювання записувати в таблицю 1.
  7.  За допомогою кривої градуювання монохроматора, наведеної на робочому місці, встановити відповідність між показами  шкали барабана монохроматора та відповідними довжинами  хвиль . Результати записати в таблицю 1.

Таблиця 1

n, відн.од.

700

800

900

1000

1100

1200

1300

3200

, мкА

λ, Å

ЗАВДАННЯ 2. Дослідження спектрального розподілу коефіцієнтів пропускання та поглинання напівпровідникового кристала і визначення його ширини забороненої зони

Для цього:

  1.  Перед вхідною щілиною монохроматора встановити досліджуваний зразок напівпровідникового кристала. УВАГА! Прилади налагоджує керівник заняття.
  2.  Обертаючи барабан 6 в межах 700–3200 відносних одиниць шкали довжин хвиль, через кожні 100 одиниць визначати за показами мікроамперметра значення фотоструму .
  3.  Обчислити значення коефіцієнта пропускання  напівпровідникового кристала для різних довжин хвиль за формулою:

.                                                            (1)

  1.  За знайденими значеннями  згідно (1) побудувати графік, по осі  якого відкладати довжини хвиль , а по осі  – відповідні значення .
  2.  Знайти значення коефіцієнта поглинання  напівпровідникового кристала для різних довжин хвиль, використовуючи співвідношення

.                                                              (2)

  1.  Побудувати графік залежності .
  2.  Визначити значення ширини ΔЕ забороненої зони напівпровідникового кристала за перетином дотичної до лінійної ділянки короткохвильової області кривої  з віссю абсцис. Результат виразити в еВ.
  3.  Результати вимірювання та обчислень записати в таблицю 2.
  4.  Проаналізувати одержані результати.

Таблиця 2

n, відн.од.

  700

800

  900

1000

1100

1200

 1300

1400

3200

λ, Å

Iф(λ), мкА

T(λ)

α (λ)

,

, Дж

α()

ΔЕ, еВ

Контрольні запитання

  1.  Дайте визначення явища зовнішнього та внутрішнього фотоефектів.
  2.  Поясніть механізми власної та домішкової фотопровідностей.
  3.  В чому полягає зміст “червоної межі” внутрішнього фотоефекту?
  4.  Що характеризують коефіцієнти пропускання  і поглинання  для середовища? Запишіть співвідношення, з яких їх знаходять.
  5.  Поясніть з точки зору зонної теорії, що таке заборонена зона ΔЕ напівпровідника?
  6.  Як за експериментально знайденим значенням , що відповідає червоній межі” внутрішнього фотоефекту, можна визначити ширину забороненої зони ΔЕ напівпровідника?

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45122. What are your food tastes and preferences? Do you eat nutritionally sound food? 15.46 KB
  Eаting blnced diet mens choosing wide vriety of foods nd drinks from ll food groups. The key to helthy blnced diet is not to bn or omit ny foods or food groups but to blnce wht you et by consuming vriety of foods from ech food group in the right proportions for good helth. For some people is food is source of plesure for others – source of energy.
45123. My profession 23 KB
  Graduates from different law school can work at the Bar, in the organs of the Prosecutor’s Office, in different court, in notary office, in legal advice offices, in organs of militia, as well as in different firms, etc
45124. Innovations in our life 13.74 KB
  A lot of scientists have made some very surprising predictions about the future. They say that in the next fifty years the way we live will change beyond our wildest dreams. Here are some of their predictions which have already come true. In 1932, an English, Aldous Huxley wrote that you will go to the feelies, where we not only will see pictures, but also feel and smell them
45125. Which predictions about the future most worry you and surprise you? 14.65 KB
  They sy tht in the next fifty yers the wy we live will chnge beyond our wildest drems. So scientists believe tht if we cn tlk to nimls we won’t to et them. I worry tht lborsving devices nd the resulting sedentry lifestyle could well led to n epidemic in obesity. growth in online shopping nd homeworking my men tht our city centres become deserted wstelnds.
45126. Would you say that you are computer-literate? What do you use the computer for? 14.8 KB
  I need computer so much becuse my work stnds in close reltion to computer. I work s trnsltor with my sister nd her husbnd. I trnslte correct shpe texts little rticles or documents with the help of online dictionries for exmple BBY Lingvo online or other becuse my work to expect from the stff or specil knowledge which I hven’t. When I hve problems with my work I cll my sister with the help of the Skype.
45127. Explain to someone who doesn’t know how to work on a computer how to write a document for a university? 14.53 KB
  Soon you’ll see menu or icons on the monitor screen. If you hve printer you cn print the informtion displyed on the screen. CDROMs cn be used to produce imges on the computer screen. The user cn move round the progrmme by clicking on different prts of the screen with mouse.
45128. What do you do on the Net? What are your favorite websites? 15.06 KB
  I cfn spend lot of free time surfing the Internet nd get ll sorts of informtion from it. You cn enter the cht the Internet nd get ll sorts of informtion from it. I cn enter the cht room with other Internet users nd debte urgent problems on line.
45129. The Internet 13.99 KB
  The Internet is sves time nd money. The Internet hs both dvntges nd disdvntges. However using the Internet in the best wy is problem which depends on the ttitude of ech people I think tht in our society nowdys so mny people tke dvntge of the Internet even to do bd things.
45130. About Myself 14.65 KB
  When I ws pupil my fvorite subjects ws History nd Society becuse I hd wnted to become lwyer. My fvorite supervisors re Jmes Cmeron Gy Richy Peter Jckson nd Leonid Gidi. My fvorite footbll tems re Mnchester United nd CSK. I like reding; my fvorite writers re Jorge Orwell for his “1984†Ioghn Wolfgng Gete for “Fust†nd Plto for “Stteâ€.