МУ-Ф-3 (Изучение фотопроводимости полупроводников), страница 4

С ртутной лампой обращаться осторожно, так как во время работы в лампе развивается давление до 30 атмосфер.13Задание 1Ознакомиться с паспортом установки и дополнительными указаниями, которые могутбыть даны в паспорте. Ознакомиться с электрической схемой и приборами. Включить измеритель тока, источник питания схемы, установить напряжение U=15 В по вольтметру источника.С помощью ФР, установленного на панели электрической схемы, продемонстрировать явлениефотопроводимости.

Выключить приборы.Задание 2Проверить градуировку монохроматора.1. Ртутную лампу типа ДРШ (в высоком кожухе) установить на рельс на расстоянии примерно40 см от щели. Закрепить винтом основание лампы на рельсе. Выключателями СЕТЬ, ЛАМПАДРШ и кнопкой ПУСК на пульте питания зажечь лампу. Через несколько минут, когда яркостьстанет достаточной, приступить к настройке света.

Если вставлены светофильтры, убрать их.2. Перемещением линзы по рельсу получить в плоскости входной щели маленькое яркое изображение газового разряда. Основание линзы закрепить на рельсе винтом. Затем, перемещаялинзу по вертикали, установить изображение в средней по высоте части щели. Раскрыть щельпримерно до 1 мм. С помощью регулировочного винта у основания линзы вывести на щель яркую часть пятна.3. Теперь через смотровое отверстие на выходе монохроматора можно наблюдать две яркие линии - зеленую и желтую (если линий нет, то проверить, открыта ли заслонка на входе монохроматора, и повращать барабан длин волн). При уменьшении щели до ~ 0,2 мм линии должныстать тонкими. Если же они остаются расплывчатыми сфокусировать монохроматор винтом 12(см.

рис. 13).4. Вращением барабана длин волн подвести зеленую линию к одному из краев щели (при выходе линии на щель она перестает быть видимой). Произвести отсчет L1, по шкале и записать результат. Проделать то же измерение с другим краем щели (отсчет L2). С помощью калибровочного графика определить длину волны для середины щели (для L =(L1+ L2)/2 ) и сравнить ее сдлиной волны зеленой линии 546 нм.

Повторить измерение для желтой линии с λ =578 нм.Результаты измерений использовать для оценки погрешности нахождения λКР.Задание 3Снять ВАХ фоторезистора. Остальные измерения выполняются с ФР в монохроматоре илампой накаливания.1.Ртутную лампу заменить лампой накаливания на 12 В, которая должна включаться в гнезда"ЛАМПА K-12" пульта питания. Включить лампу и тщательно настроить свет, как это описанов задании 2. Ширина должна быть 1,3..1,5 мм. Изображение нити длиной 6...10 мм и шириной1,3...1,5 мм должно попадать в раскрытую щель. Проверить, хорошо ли затянуты стопорныевинты лампы и линзы. На экране должен наблюдаться яркий спектр.2.

Установить длину волны, для которой известно ослабление светофильтра Кλ (приведено впаспорте установки).3. Без светофильтра измерить зависимость тока фоторезистора J от напряжения U в пределах от0 до 15 В с шагом 2...3 В. при каждом значении U изменять полярность напряжения. Записатьрезультаты измерения U и J при обеих полярностях. Измерение при U=0 провести при выключенной клавише СЕТЬ источника питания, так как напряжение может не регулироваться до нуля.4. Вставить светофильтр в держатель и повторить измерения при меньшей освещенности. Убрать светофильтр.14Задание 4Изучить световую характеристику ФP. Установить напряжение 15 В и не менять его до концаработы.

Провести измерения тока ФР J при различном числе (от 0 до 4) светофильтров N. Скаждой стороны держателя можно вставить по два фильтра. Результаты измерений записать втаблицу (таблица № 1). После выполнения задания убрать фильтры в коробку, выключить лампу.Таблица №1Кλ= … при λ= …NJlg(JОТН)lg(PОТН)Задание 5Измерить темновой ток ФР и фотодиода. Полностью исключить попадание света на ФР,для этого рычаг заслонки перевести в положение ЗАКР., закрыть пробкой отверстие над выходной щелью монохроматора.

Установить самый чувствительный предел измерения тока, втечение нескольких минут ток фоторезистора будет уменьшаться. Записать установившеесязначение темнового тока JТ; вычислить сопротивление ФР в темноте RТ=U/JТ. Измерить темновой ток фотодиода JТФД.Задание 6Изучить спектральную характеристику фоторезистopа. Включить лампу. Измерить токи фоторезистора JФ=J – JТ ≈J и фотодиода JФД в интервале длин волн 450 ... 1000 нм с шагом не более50 нм.

Результаты измерений записать в табл. 2. Отметить цвет данного участка спектра. Выключить установку.Таблица № 2ИзмеренияОбработкаФДФФДλ, нмL, град.ЦветJJJТS(λ)PJФ/PλКР=… Еg=… Дж =… эВОбработка и анализ результатов измерений1. Построить вольтамперную характеристику ФР - для положительного и отрицательного напряжений и двух освещенностей. Выяснить, согласуются ли полученные ВАХ с законом Ома.Из наклона прямых линий на полученном графике определить сопротивление ФР на свету.Сравнить его с сопротивлением в темноте.2.

Построить график световой характеристики. Сделать вывод из полученной зависимости.3. Получить спектральную характеристику. Обработать результаты измерений, используятабл.2: вычислить JТФД по формуле (12);значения S(λ) снять с графика на рис. 10; вычислить Pпо формуле (13). Результаты записать в табл. 2. Достроить зависимость JФ/P от λ.4. Из спектральной характеристики определить λКР (см.

рис.11). По формуле (3) вычислить значение Еg в джоулях и в электронвольтах ( 1 эВ=1,6⋅10-19 Дж). В формулу (3) подставить значения h=6,62⋅10-34 Дж⋅с, с =3⋅108 м/с.5. Оценить погрешность измерения λКР и Еg.15Контрольные вопросы1. Как объяснить с помощью энергетических зонных диаграмм электропроводность полупроводников, диэлектриков и металлов?2.

Как объяснить собственную и примесную фотопроводимость?3. В чем заключается связь λКР с характеристиками полупроводника при собственной и примесной фотопроводимости?4. Что такое квантовый выход внутреннего фотоэффекта?5. Как измеряются световая и спектральная характеристики ФР ?6. С чем связана необходимость глубокого охлаждения ФР с большим значением λКР?ЛИТЕРАТУРА1. Савельев И. В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1987. -Т.З.- 320с.2. Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Знакомство с полупроводниками.

-М.: Наука, 1984. -240 с.3. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985. - 576с.4. Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику. - М.: Высшая школа, 1987. - 304 с.16.