МУ-Ф-7 (1003897), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Один и тот же светодиод используется в заданиях 1 и 2.Часть А.Задание 1. Определение порога генерации электромагнитного излучения диапазона на p-n-переходе. Оценка ширины запрещенной зоны вырожденного полупроводника.Ознакомиться со схемой на рис. 7 и перерисовать её в тетрадь для лабораторных работ. Включить источник питания и с помощью переменного резистораR2 добиться слабого излучения светодиода. В тетради начертить таблицу 1.Таблица 1№U, ВI , мкΑ <I>, мкА ∆U, В ∆I, мкА R, Ом PG, мкВт1…В этой таблице кроме заголовка должно быть шестнадцать строк. В первую строку (столбцы второй и третий) записать данные, которым соответствует исчезновение свечения, т.е.
Umin и Imin. Они могут быть равны пороговым значениям (см.формулы (9) и (10)), если пороговое электромагнитное излучение находится в видимой части спектра электромагнитных волн. Еслиэто не так, то формулы (9) и (10) позволяют уточR2нить наблюдения.Далее, увеличивая напряжение с шагом 0,03 В,провести еще семь измерений. В строчки с первойVпо восьмую занести необходимый набор экспериU=3 В ментальных данных.
Для оценки случайных погрешностей нужно каждое измерение повторить неменее двух раз. Поэтому число строк с эксперименAR1тальными данными в таблице 1 должно быть шестнадцать.Для заполнения строк с девятой по шестнадцаРис. 7тую повторить серию измерений. Если разброс значений результатов измерений в двух сериях значительный (этот вопрос обсудить спреподавателем), то продолжить таблицу 1 и выполнить дополнительные измерения. После утверждения данных преподавателем выключить источник питания иперейти к обработке результатов измерений.Рассчитать среднее значение силы тока для каждого значения напряжения изанести его в третий столбец (<I>) соответствующей строки (с первой по восьмую).
Так заполнить все строчки с первой по восьмую. Записать под таблицей 1указанное на установке значение сопротивления R.10Для получения значений дифференциального сопротивления светодиода (аэто - практически дифференциальноеRрегсопротивление p-n-перехода, так какXКпочти все падение напряжения в светодиоде приходится на p-n-переход) нужно найти приращение падения напряжения и тока при переходе из даннойстроки таблицы 1 в следующую. Поэтому в первых восьми строках таблицы 1 окажутся заполненными толькоYпервые семь строчек, так как в первойRстроке будут находиться разностиU′-Umin, <I>′ - <I>minи т.д., где U′ и <I>′ - значения U и <I>Рис. 8из второй строки, т.е.
∆U или ∆I - разности между значениями в n+1-й и n-й строках, занесенные в n-ю строку.Следующий столбец (строки с 1 по 7) должен быть заполнен с использованиемприближенной формулы (дифференциалы в формуле R =dUзаменить на прираdIщения ∆U и ∆I). Мощность, генерируемую на p-n-переходе, следует рассчитать поформуле PG =< I > (U − < I > R ) , используя данные из таблицы 1.На миллиметровой бумаге нанести наборы точек РG(U) и РG(<I>) в координатах (U , PG ) и (<I>, РG) с целью проверки и использования формул (9) и (10) иоценить точность определения Umin и Imin и зрительно («на глаз»).
Использоватьлинейный регрессионный анализ для обработки пар точек (U , PG ) и (<I>, РG) пометодике, изложенной в [6] , и рассчитать Umin и Imin. Записать в лабораторнуютетрадь результаты расчетов в виде РG =0, Umin, Imin. Оценить ширину запрещенной зоны вырожденного полупроводника по формуле (8), считая, что e=1,6⋅1019Кл, и уточнив значение температуры у преподавателя.
Записать численный результат ∆E=eUmin + 10kT= ... эВ. Этот результат - минимальная оценка ∆Ε.Рассчитать полуширины доверительных интервалов для следующих величин: U, PG , РG, <I>. Рассчитанные оценки доверительных интервалов нанести награфики (U , PG ) , (<I>, РG). Сделать вывод о точности определения значений Umin,Imin. Сравнить оценку ширины запрещенной зоны с табличными значениями дляэтой величины у известных полупроводниковых материалов.
Таблица прилагаетсяк установке.Задание 2. Оценочные измерения ΒΑΧ и контактной разности потенциалов дляp-n-переходов из различных полупроводников, с резким или плавным переходоммежду полупроводниками.Отключить источник питания и вольтметры. Вместо источника питанияподключить генератор низкочастотных сигналов к гнездам UВХ, вход осциллографа к гнездам Iдиода, гнездо → Х на боковой панели осциллографа к левому гнезду11Uдиода.Если с помощью тумблера К (на схеме) подключить один из диодов, то принормальной работе схемы на экране осциллографа наблюдается ΒΑΧ (см.
такжерис. 3). Просмотреть ΒΑΧ различных полупроводниковых диодов. Зарисовать втаблицу 2 все наблюдаемые ΒΑΧ. На зарисовываемой ΒΑΧ указать масштаб пооси U. Используя рис. 3, во всех случаях измерить контактную разность потенциалов.Таблица 2№Тип диодаВид ΒΑΧϕК, В∆ϕК, В1…Определить типы изученных диодов по таблице, прилагаемой к установке.Погрешность ∆ϕК измерения величины ϕК оценить по ширине следа электронноголуча на экране осциллографа, т.е.
∆ϕК=lUb - , где lU - масштаб развертки напряжения по горизонтали, приведенный в таблице, прилагаемой к установке; b - ширинаследа луча. После заполнения таблицы 2 результаты показать преподавателю. После их утверждения выключить генератор и осциллограф.Часть Б.Задание 3. Определение энергии активации электропроводности для p-nперехода.Ознакомиться со схемой экспериментальной установки, изображенной нарис.
9. Перерисовать схему в лабораторную тетрадь. На схеме использованы следующие обозначения: G -гальванометр; Т - термопара; Π - пробирка с жидкойсредой, в которую поG1мещен объект исследоR1вания - полупроводниR2TKковый диод; Η - нагревательный элемент; ИП Н12,6 V VИП=источник питания со0,1-0,5 В ступенчатой регулировR3R4кой постоянного напряжения на выходе от 0,1В с шагом 0,1 В до 0,5 В.R3=R4. Установить наРис. 9ИП выходное напряжение 0,5 В. Включить ИП в сеть. Не включать нагреватель Н!Вращением переключателей в магазине сопротивлений R1 добиться установки на нуль вольтметра V.
Тогда сопротивление диода R2 (т.е. искомое сопротивление p-n-перехода) равно сопротивлению R1, а напряжение на диоде равнополовине UИП. Данные измерений занести в таблицу 3. В таблице символом UTобозначено напряжение на термопаре. К лабораторной установке прилагаетсятаблица пересчета от UT к Т. Сначала выполнить все измерения R при изменении2U=UИП от 0,5 В с шагом 0,1 В до 0,1 В при комнатной температуре. Данные зане-12сти в первую широкую строку.UT, мкВ0Таблица 3R=R2, Ом2U=UИП, Β0,50,40,30,20,1Т0 + 20 К... 5 строк, как вышеТ0 + 15 К... 5 строк, как вышеТ0 + 10 К...
5 строк, как вышеТ0 + 5 Κ... 5 строк, как вышеНагрев осуществляется нажатием и удерживанием кнопки К – краснаякнопка «нагрев» установки, UНАГРЕВА=12,6 В (!). Нагрев проводить до отклонениястрелки гальванометра G на 16-18 делений N.ТДИОДА удобно определять по таблице (считая Ткомн=295 К):NU,мкВТ, К00295Т, ККомнатная (Т0)2102297,542053006307302,5841030510512307,51261531014717312,5168203151820922 1025317,5 320Выполнить все указанные измерения и занести их результаты во 2-ю, 3-ю,4-ю и 5-ю большие строки таблицы 3.
В ходе измерения сопротивления при разных значениях напряжения U температура или значении величины UT будут незначительно уменьшаться. Это во внимание не принимать. Показать данные преподавателю. После их утверждения выключить источник питания и перейти к обработке результатов измерений.Сначала на миллиметровой бумаге по экспериментальным данным нанеститочки в координатах (U, lnR) и показать их преподавателю. В этих координатахдолжно быть представлено пять семейств точек, отличающихся одним параметром - температурой (при которой измерялось каждое семейство). Обсудить с преподавателем экстраполяцию этих графиков к нулевому значению напряжения надиоде, т.е. к U=0.Полученные предельные значения R использовать для построения на миллиметровой бумаге графика в координатах (1/T, lnR).
Показать график преподавателю.Для подсчета значения энергии активации электропроводности использовать формулу (12). В качестве Т2 взять максимальную температуру из таблицы 3, ав качестве Т1 - температуру Т0. Также использовать линейный регрессионный анализ [6]. Сравнить полученные результаты для (Ea/k).
Записать результат расчета втетрадь Ea = ... эВ. Оценить погрешности измерений величин 1/T и lnR как ∆T/T2 и∆R/R. Считать, что ∆R=1 Ом, ∆T=1 К. Нанести эти оценки погрешностей на график (1/T, lnR). Оценить погрешность измерения Еa и записать ее в тетрадь.13Контрольные вопросы1. Какие вещества относятся к полупроводникам?2. Что такое вырожденный полупроводник?3. Перечислите свойства полупроводников, отличающие их от металлов.4.
Чем отличаются свойства вырожденного и невырожденного полупроводника?5. В чем состоят условия, необходимые для создания инверсной населенности ввырожденном полупроводнике?6. Каковы физические условия работы лазера на p-n-переходе?7. Нарисуйте зонную схему p-n-перехода при генерации лазерного излучения.Список литературы1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 3. М.: Наука. 1987. 305 с.2. Киреев П. С.
Физика полупроводников. М.: Высшая школа, 1969. 589 с.3. Смит Р. Полупроводники/Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 558 с.4. Беднорц И.Г., Мюллер К.А., Заварицкий Н.В. Открытие высокотемпературнойсверхпроводимости. М.: Знание, 1989. 64 с. (Сер. Физика № 1).5. Полупроводниковые приборы.
Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1985. 143с.6. Еркович С. П. Применение регрессионного и корреляционного анализа для исследования зависимостей в физическом практикуме. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1994. 23с..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
