В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Открутив стопорный винт, опустить фотосопротивление 2, какпоказано на рис.4.19, чтобы оно не загораживало светочувствительнуюповерхность фотоэлемента 1. Открыть крышку фотоэлемента.4. Установить переключатель «фотоэлемент» в положение «вкл», апереключатель «фотосопротивление» в положение «выкл».5. Измерить фототок микроамперметром 6 и записать полученноезначение в табл.4.7.Таблица 4.7№п.п.12345dм0,80,91,01,11,2iмкАмкА/лммкА/лм6. Повторить измерения для расстояний от фотоэлемента до лампыd = 0,9; 1,0; 1,1; 1,2 м.7. Закрыть крышку фотоэлемента.1178.

Подсчитатьплощадьсветочувствительнойповерхности2фотоэлемента S = R . По формуле (4.23) вычислить интегральнуючувствительность фотоэлемента для каждого расстояния.9. Определить среднее значение интегральной чувствительностидля всех измерений.Упражнение 2.Определение удельной чувствительности фотосопротивления.1. Поместитьлампунарасстоянии(30 – 40) смотфотосопротивления 2 (рис.4.19).2. Поднятьфотосопротивление2так,чтобыегосветочувствительная поверхность располагалась на одной горизонталис лампой 4. Открыть крышку фотосопротивления.3.

Подключить установку к сети 12 В и замкнуть цепь тумблером.4. Установить переключатель “фотоэлемент” в положение «выкл», апереключатель «фотосопротивление» в положение «вкл».5. С помощью регулируемого сопротивления R установитьнапряжение u = 1 В. При этом необходимо учесть цену делениявольтметра 5. Цена деления определяется по формулеu max,u0Nгде umax – предел измерения вольтметра (написан на вольтметре), N –общее число делений шкалы вольтметра.

(Чаще всего в работеприменяется вольтметр с umax = 15 В и N = 75 делений, тогда ценаодного деления u 0 15 75 0,2 B ).6. Измерить по микроамперметру 1 величину фототока i ирезультаты измерений занести в табл.4.8.Таблица 4.8№п.п.12345678910uВ12345678910iмкАмкА/(лм В)мкА/(лм В)1187.

Повторить измерения по п.п.5,6, увеличивая напряжение u через1 В до значения 10 В.8. Построить график зависимости фототока от приложенногонапряжения i = f(u).9. По формуле (4.25) вычислить удельную чувствительностьфотосопротивления и определить среднее значениедля всехизмерений.10. Отключить установку тумблером и отсоединить лампу от сети.Контрольные вопросы1. Опишите устройство и принцип работы фотоэлемента,исследуемого в данной работе.2.

Что называется интегральной чувствительностью фотоэлемента?3. Как рассчитать световой поток от точечного источника?4. Опишите устройство и принцип работы фотосопротивления,исследуемого в данной работе.5. В чем заключается вентильный фотоэффект?6. Что такое удельная чувствительность фотосопротивления?7. Объясните полученный в работе график.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 170Определение концентрации и подвижностиносителей заряда в полупроводникахЦель работы: измерение концентрации и подвижности носителейзаряда в полупроводниках различного типа.Краткая теория и методика измеренийКонцентрация носителей заряда в полупроводниках и их знак могутбыть определены с помощью эффекта Холла.Пусть по полупроводнику, имеющему форму прямоугольногопараллелепипеда, протекает ток i. Поместим образец во внешнееbFлvaaBа)Рис.

4.20FлbivBб)i119магнитное поле, вектор магнитной индукции которого направленперпендикулярно направлению тока и боковым граням образца(рис.4.20). Тогда между электродами, касающимися верхней и нижнейграни образца, возникнет разность потенциаловх.Она обусловлена силой Лоренца Fл , действующей со сторонымагнитного поля на движущиеся носители заряда (электрон илидырку). Эта сила будет смещать заряд любого знака к верхней граниобразца (см.

рис.4.20 а,б). Следовательно, знак холловской разностипотенциалов зависит от знака носителя заряда.Возникающая разность потенциалов связана с силой тока вполупроводнике и индукцией магнитного поля формулойBi(4.26)Rx .xbВеличина Rx называется постоянной Холла.Для полупроводников с основными носителями заряда одногознака (т.е. для р– или n– полупроводников) постоянная Холлаопределяется выражением3Rx.(4.27)8e nгде |e| = 1,6 10–19 Кл - величина элементарного заряда, n –концентрация* основных носителей заряда в полупроводнике.Следовательно, определив из опытных данных постоянную Холла,по формуле (4.27) можно вычислить концентрацию основныхносителей заряда в р– или n– полупроводнике.Подвижностью зарядов µ называется скорость упорядоченногодвиженияносителей зарядов (электронов и дырок) при напряженностиЕ внешнего электрического поля, равной единице.Если известно значение Rх, то для полупроводников с основныминосителями заряда одного знака можно найти их подвижность :8 Rx,(4.28)3где- удельное электросопротивление полупроводника.При проведении измерений с помощью эффекта Холла следуетучесть, что изменение направления магнитного поля или тока ведет кизменению знаках.

Это позволяет исключить всякого родапобочные эффекты, которые сохраняют свой знак при измененииКонцентрацией частиц называется число этих частиц в единице объемавещества.*120направления поля или тока. На практике измерения проводят дважды спротивоположными направлениями тока или поля и берут среднеезначениеx.Экспериментальная установкаДля определения концентрации и подвижности основныхносителей заряда в примесных полупроводниках предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.4.21.34512В3Ввклвклвыкл1обрвыклЭДСХолла2магн. полепрямпрямдатчикХоллавклобрвыклвольтметрвклвыкл6VmVmАRРис.

4.21Магнитное поле создается с помощью электромагнита. Катушка 4электромагнита намотана на одну из сторон прямоугольногожелезного сердечника 5, имеющего прорезь для размещения датчикаХолла 3. Источник питания датчика Холла включается тумблером«3В». Питание электромагнита осуществляется от источникапостоянного тока напряжением 12 В, включаемого соответствующимтумблером.В работе используются полупроводниковые датчики двух типов: сэлектронной и дырочной проводимостью.

К полупроводниковойпластине припаяны две пары контактов: через одну пару протекаетуправляющий ток, а с другой пары снимается холловская разностьпотенциалов.121Величинауправляющеготокаизменяетсяспомощьюрегулируемого сопротивления R и измеряется миллиамперметром 2.Вольтметр 6 измеряет падение напряжения на пластине датчика Холла.ЭДС Холла измеряется милливольтметром 1 со световойиндикацией. Тумблер «Прямое и обратное магнитное поле» изменяетнаправление магнитного поля и одновременно полярность ЭДС Холла.Параметры установки:высота пластины датчика Холла а = 3,5 10–3 м;ширина пластины b =2 10–4 м;длина пластины L = 6 10–3 м;индукция магнитного поля В = 0,05 Тл.Порядок выполнения работыУпражнение 1.Определение концентрации носителей заряда.1.

Подключить установку к сети 12 В и подключитьмилливольтметр к сети 220 В.2. Установить:а) тумблер «3В» в положение «вкл» (питание датчика Холла),б) тумблер «12В» в положение «вкл» (питание электромагнита),в) тумблеры «ЭДС Холла» и «магнитное поле» в положение «прямое»,г) тумблер «датчик Холла» в положение «вкл»,д) тумблер «вольтметр» должен быть в положении «выкл».3. Увеличивая с помощью регулируемого сопротивления Rуправляющий ток через датчик от нуля до максимально возможногозначения через 1 мА, снять зависимость ЭДС Холлах1 (помилливольтметру 1) от величины управляющего тока i (помиллиамперметру 2). При этом необходимо учесть цену делениямиллиамперметра 2, которая определяется по формулеii0 max ,Nгде imax – предел измерения миллиамперметра (написан намиллиамперметре), N – общее число делений шкалы миллиамперметра.Результаты измерений записать в табл.4.9.4.

Изменить направление магнитного поля, поставив тумблеры«магнитное поле» и «ЭДС Холла» в положение «обратное». Провестиповторно измерения ЭДС Холлах2 по п.3. Результаты занести втабл.4.9.5. Вычислить среднеарифметическое значение ЭДС Холла:xx1x22.1226. Построить график зависимости средней ЭДС Холла от величиныуправляющего токаx = f(i). Рассчитать угловой коэффициент наклона kпрямолинейного участка графика к оси абсцисс по значениям двухдостаточно удаленных друг от друга точек А и В графикаkxBxAiB iA.Таблица 4.9№п.п.12345678910iмАх1мВх2мВxмB7.

Согласно формуле (4.26) определить постоянную ХоллаbRx k .B8. Из формулы (4.27) рассчитать концентрацию n носителей заряда.Упражнение 2.Определение подвижности носителей заряда.1. Перевести тумблер «вольтметр» в положение «вкл», при этомавтоматически отключается милливольтметр, измеряющий ЭДС Холла.2. Увеличивая с помощью регулируемого сопротивления Rуправляющий ток через датчик от нуля до максимально возможногозначения через 1 мА, снять зависимость падения напряжения напластине датчика Холла u (по вольтметру 6) от величиныуправляющего тока i (по миллиамперметру 2).

При измеренияхпредварительно рассчитать цену деления вольтметра по формулеu max,u0Nгде umax – предел измерения вольтметра (написан на вольтметре),N – общее число делений шкалы вольтметра.123Результаты измерений записать в табл.4.10.Таблица 4.10№п.п.12345678910iAuB3. Построить график зависимости падения напряжения на пластинеот величины управляющего тока u = f(i). Рассчитать сопротивление rпластины, как угловой коэффициент наклона прямолинейного участкаграфика к оси абсцисс по значениям двух достаточно удаленных другот друга точек А и В графикаuB uA.riB iA4.

Определить удельное сопротивление полупроводника. Изизвестной формулы для сопротивленияLLrSabследуетabr ,Lгде a, b, L – размеры пластины датчика Холла.5. По формуле (4.28) найти подвижность основных носителей заряда.Контрольные вопросы1. Что такое полупроводники n- и р- типа, каковы в них основныеносители заряда?2. В чем заключается эффект Холла?3. Зависит ли знак ЭДС Холла от типа полупроводника?4. Как в работе определяется концентрация основных носителейзаряда?5.

Что такое подвижность основных носителей зарядаполупроводника? Как она определяется в работе?124РАЗДЕЛ5Термодинамика и концепция самоорганизацииприродных систем5.1. Методы описания многочастичных системКвантовая механика подтвердила вывод о том, что в природесущественнуюрольиграютстатистические,вероятностные*закономерности . Но эти закономерности проявляются не только вмикромире, а применимы для любых многочастичных систем(статистических ансамблей), например, совокупности атомов илимолекул газа†, жидкости. Звездные скопления, биологическиепопуляции, масштабные коллективы в человеческом обществе такжеисследуются с помощью статистических закономерностей.Есть два подхода к изучению многочастичных систем:макроскопический (так называемый, феноменологический) имикроскопический (статистический).

Характеристики

Список файлов книги