Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела (1013067), страница 28
Текст из файла (страница 28)
12.22Сопротивление полупроводника 1 измеряется с помощью мостасопротивлений Уинстона. Измерения проводятся сначала в прямомнаправлении – при нагревании печи, а затем в обратном – приостывании.Порядок выполнения работы1. Открыть мост сопротивлений и установить:а) рукоятки гнезд магазина сопротивлений на ―0‖, множитель – вположение ―1:1‖;б) кнопки: батареи – в положение ―В‖ (внутренняя), гальванометра – вположение ―ГВ‖ (гальванометр внутренний), образца – в положение―И‖ (исследуемый).2. Записать в табл.12.7 значение температуры t по термометру.Таблица 12.7№п.п.1234567891011tСТК1/ТК–1RОмGОм–1lnG–ЕiДж2183. Измерить сопротивление полупроводника при комнатнойтемпературе.
Для этого:а) нажать кнопку ―грубо‖ гальванометра и рукояткой ―1000‖ подобратьсопротивление, при котором стрелка гальванометра стремится кнулевому значению тока (баланс моста);б) нажать кнопку ―точно‖ и остальными рукоятками подобрать точноезначение измеряемого сопротивления, при этом стрелка гальванометрадолжна установиться точно на ―0‖.По показаниям рукояток магазина сопротивлений записатьполученное значение R в табл.12.7.4. Тумблером включить нагрев печи и повторить измерения по п.п.3,4 для значений температуры через каждые 10 С до 120 С.5. Отключить установку от сети.6.
Перевести значения температуры в абсолютную шкалуT t 273 и рассчитать 1 T .7. По формуле (12.18) найти значения электропроводности G приразличных температурах полупроводника и рассчитать lnG.8. Построить график ln G f (1 T) , где по оси абсцисс нанестизначения 1 T , а по оси ординат – lnG. Провести усредняющую прямую(см рис.12.21).9. Выбрать на прямой две произвольные точки и согласноформулам (12.21) и (12.22) рассчитать значение энергии ионизациипримесей Еi.Контрольные вопросы1. Каковазависимостьэлектропроводностипримесногополупроводника от температуры?2.
Как работает мост Уинстона?3. Каким образом в работе определяется энергия ионизациипримесей исследуемого полупроводника?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 136/137Определение чувствительностифотоэлементаи фотосопротивленияЦель работы: определение интегральной чувствительностифотоэлемента с запирающим слоем и удельной чувствительностифотосопротивления.219Методика измеренийСеленовый фотоэлемент (лаб.работа №136) с запирающим слоемжелезоимеетследующееустройствоГселенА(рис.12.23).Железнаяпластинка, Азолотослужащаяпервымэлектродом,покрывается слоем кристаллическогоселена,обладающегор–Светпроводимостью.Наповерхностьселена наносится тонкий слой n–Рис. 12.23полупроводника(А–А).Вторымэлектродом служит полупрозрачный слой золота.Свет проходит через тонкий слой золота и попадает в область р–nперехода, образующегося между n–полупроводником и селеном.Наблюдается вентильный фотоэффект (фотоэффект запирающегослоя), в результате которого через гальванометр Г течет ток.Рассмотрим подробнее это явление.EkВ отсутствии освещения р–n переходрnнаходится в равновесном состоянии.Под действием света в р– и n–областяхпоявляютсядобавочныеосновные и неосновные носителизаряда (электрон–дырка, как показаноРис.
12.24на рис. 12.2). При этом неосновныеносителидлякаждойобластиподхватываются контактным полем р–n перехода и перебрасываются вдругую область (см. рис.12.24). Вследствие этого р–область заряжаетсяположительно, а n–область – отрицательно.Если фотоэлемент подключить к внешней нагрузке, то в ней будеттечь ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда,который увеличивается с увеличением освещенности поверхностифотоэлемента.Интегральнойчувствительностью фотоэлементаназываетсяотношение фототока i к световому потоку, падающему насветочувствительную поверхность:i.(12.23)Здесь Ф – световой поток, единицы измерения светового потока [Ф] = 1люмен (лм).220SРdРис. 12.25Пусть свет от точечного источника токаP падает на поверхность фотоэлементаплощадью S (рис.12.25). Сила светаисточника J кандел. Тогда на поверхностьфотоэлемента,находящегосянарасстоянии d, падает световой потокJ ,(12.24)гдеS d 2 – телесный угол, под которымвидна поверхность S из точки Р.Формулу (12.24) можно записать в видеJS.(12.25)d2Тогда согласно (12.23) интегральная чувствительность фотоэлементаравнаid2.(12.26)JSФотосопротивление (лаб.
работа №137)состоит из светочувствительного слоя3полупроводника 2 толщиной около 1 мкм,2нанесенного на стеклянную пластину 1(рис.12.26). На поверхность полупроводника1наносятсяэлектроды2,обычновыполняемыеиззолота.Рис. 12.26Светочувствительнаяповерхностьзаливается толстым слоем прозрачного лака. Фотосопротивлениемонтируется в пластмассовом корпусе.Под действием света собственная проводимость чистого полупроводникавозрастает за счет появления свободных носителей заряда: электроновв зоне проводимости и дырок в валентной зоне (рис.12.2). Следовательно,при подключении внешнего напряжения u в цепи будет течь ток.Интегральную чувствительность фотосопротивления можно такжеопределить по формуле (12.26). Но, в отличие от фотоэлементов сзапирающим слоем, у фотосопротивлений величина фототока зависитне только от освещенности, а и от приложенного напряжения.
Поэтомудляхарактеристикиихкачестваприменяютудельнуючувствительность . Удельной чувствительностью фотосопротивленияназывается отношение его интегральной чувствительности кприложенному напряжениюСвет221.uС учетом формулы (12.26) получаем(12.27)id2.(12.28)JSuФотопроводимостьполупроводниковыхфотоэлементовифотосопротивлений значительно выше, чем у фотоэлементов,основанных на внешнем фотоэффекте.Экспериментальная установкаДляопределениячувствительностифотоэлементаифотосопротивления предназначена экспериментальная установка,общий вид которой приведен на рис.12.27.На оптической скамье 3 размещаются: фотоэлемент с запирающимслоем 1, фотосопротивление 2 и источник света 4 – лампа накаливания.Подключение к измерительным приборам фотоэлемента ифотосопротивления осуществляется соответствующими тумблерами.Перемещая лампу 4, можно изменять расстояние d от фотоэлементадо лампы, которое измеряется по шкале на оптической скамье 3.Фототок измеряют микроамперметром 6.
Напряжение нафотосопротивлении изменяют с помощью переменного сопротивленияR и измеряют вольтметром 5.d1652312ВвклвыклАф.элем. ф.сопр..VRРис. 12.274222Параметры установки:радиус светочувствительной поверхности фотоэлемента R = 0,018 м,площадь поверхности фотосопротивления S = 35 10–6 м,сила света лампы J = 25 Кд.Порядок выполнения работыУпражнение 1.Определение интегральной чувствительностифотоэлемента с запирающим слоем.1. Установить лампу 4 на расстоянии d = 0,8 м от фотоэлемента 1(рис.12.27).2.
Подключить лампу к сети 220 В.3. Открутив стопорный винт, опустить фотосопротивление 2, какпоказанонарис.12.27,чтобыононезагораживалосветочувствительную поверхность фотоэлемента 1. Открыть крышкуфотоэлемента.4. Установить переключатель ―фотоэлемент‖ в положение ―вкл‖, апереключатель ―фотосопротивление‖ в положение ―выкл‖.5.
Измерить фототок микроамперметром 6 и записать полученноезначение в табл.12.8.6. Повторить измерения для расстояний от фотоэлемента до лампыd = 0,9; 1,0; 1,1; 1,2 м.7. Закрыть крышку фотоэлемента.8. Подсчитатьплощадьсветочувствительнойповерхности2фотоэлемента S = R . По формуле (12.26) вычислить интегральнуючувствительность фотоэлемента для каждого расстояния.Таблица 12.8№п.п.12345dм0,80,91,01,11,2iмкАмкА/лммкА/лм9.
Определить среднее значение интегральной чувствительностидля всех измерений.Упражнение 2.Определение удельной чувствительности фотосопротивления.2231. Поместить лампу на расстоянии 30 – 40 см от фотосопротивления2 (рис.12.27).2. Поднятьфотосопротивление2так,чтобыегосветочувствительная поверхность располагалась на одной горизонталис лампой 4.3. 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 6 величину фототока i ирезультаты измерений занести в табл.12.9.Таблица 12.9№п.п.12345678910uВ12345678910iмкАмкА/(лм В)мкА/(лм В)7.
Повторить измерения по п.п.5,6, увеличивая напряжение u через1 В до значения 10 В.8. Построить зависимость фототока от приложенного напряжения i = f(u).9. По формуле (12.28) вычислить удельную чувствительностьфотосопротивления и определить среднее значениедля всехизмерений.10. Отключить установку тумблером и отсоединить лампу от сети.224Контрольные вопросы1.
Что называется интегральной чувствительностью фотоэлемента?2. В чем заключается вентильный фотоэффект?3. Что такое удельная чувствительность фотосопротивления?4. Опишите принцип работы фотосопротивления.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 170Определение концентрации и подвижностиносителей заряда в полупроводникахЦель работы: измерение концентрации и подвижности носителейзаряда в полупроводниках различного типа.Методика измеренийКонцентрация носителей заряда в полупроводниках и металлах и ихзнак могут быть определены с помощью эффекта Холла.Пусть по проводнику или полупроводнику, имеющему формупрямоугольного параллелепипеда, протекает ток i.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
