lect7quant (1083142), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Следовательно, всякое изменение тока в цепи эмиттера вызываетизменение тока в цепи коллектора.Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, получимв цепи коллектора переменный ток, а на выходном сопротивлении —переменное напряжение. Величина усиления зависит от свойств p-nпереходов, нагрузочных сопротивлений и напряжения батареи Б к . ОбычноRвых >> Rвх , поэтому U вых >> U вх (усиление может достигать 10 000).
Так какмощность переменного тока, выделяемая в Rвых , может быть больше, чемрасходуемая в цепи эмиттера, то транзистор дает и усиление мощности.Квантовая физика7–307–3Твердые тела, представляющие собой эффективно люминесцирующиеискусственно приготовленные кристаллы с чужеродными примесями, получилиназвание кристаллофосфоров.На примере кристаллофосфоров рассмотриммеханизмы возникновения фосфоресценции с точкизрения зонной теории твердых тел.
МеждувалентнойзонойизонойпроводимостикристаллофосфорарасполагаютсяпримесныеA . Для возникновенияуровниактиваторадлительного свечения кристаллофосфор долженсодержать центры захвата, или ловушки дляэлектронов (Л1, Л2). Длительность процессамиграции электрона до момента рекомбинации его сионом активатора определяется временем пребывания электронов в ловушках.движущиеся электроны должны излучать электромагнитныеволны и вследствие этого непрерывно терять энергию. Врезультате электрон будет приближаться к ядру и в конечном счете упадет на ядро.Кроме того, классическая планетарная модель атомане объясняет линейчатого спектра атомов.2. Линейчатый спектр атома водорода.Экспериментальное исследование спектров излучения разреженных газов(отдельных атомов) показали, что характерный линейчатый спектр каждогоэлемента представляет собой серии линий, положение которых может бытьописано простыми эмпирическими формулами.
Так, положение линий атомаводорода в видимой области спектра описываются формулой Бальмера:1λ(= R′122−1n2), или ν = λc для частот:17где R ′ = 1,1 ⋅ 10,мν =R(122−1n2) (n = 3, 4, 5,K) ,34. Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n-переход).Граница соприкосновения двух полупроводников, один из которых имеетэлектронную, а другой — дырочную проводимость, называется электроннодырочным переходом (или p-n-переходом).p-n-Переход обычно создается при специальнойобработке кристаллов, например, при выдержке плотноприжатых кристаллов германия (n-типа) и индия при 500°С ввакууме (а) атомы индия диффундируют на некоторуюглубину в германий, образуя промежуточный слой германия,обогащенного индием, проводимость которого p-типа (б).Электроны из n-полупроводника, где их концентрациявыше, будут диффундировать в p-полупроводник.
Диффузиядырок происходит в обратном направлении. В n-полупроводнике из-за ухода электронов вблизи границы остаетсянескомпенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионизованных донорных атомов. В p-полупроводнике из-заухода дырок вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд неподвижных ионизованныхакцепторов. Эти объемные заряды создают запирающий равновесный контактный слой, препятствующийдальнейшему переходу электронов и дырок.Сопротивление запирающего слоя можно изменить с помощьювнешнегоrэлектрического rполя. Если направление внешнего поля E совпадает снаправлением E K поля контактного слоя (а), то запирающий слой расширяетсяи его сопротивление возрастает —такое направлениеназывается запирающим (обратным). Если направление внешнего поля противоположно полю контактного слоя (б), то перемещение электронов и дырокприведет к сужению контактного слоя и его сопротивление уменьшится — такоенаправление называется пропускным (прямым).3.
Постулаты Бора.Для объяснения закономерностей в линейчатых спектрах Бор объединилпланетарную модель атома Резерфорда с гипотезой Планка о квантовойприроде света. Теория атома Бора основывается на двух постулатах:(I) Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний):существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состоянияатома, находясь в которых он не излучает энергии.
Стационарнымсостояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутсяэлектроны. Каждое стационарное состояние характеризуется определенным(дискретным) значением энергии. Движение электронов по стационарныморбитам не сопровождается излучением электромагнитных волн.Правило квантования орбит Бора утверждает, что в стационарномсостоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметьА.Н.Огурцов. Лекции по физике.Квантовая физикаR = R ′ ⋅ c = 3,29 ⋅10151с— постоянная Ридберга.Позднее, в ультрафиолетовой области была обнаруженаν = R 112 − 1 n2 (n = 2, 3, 4,K) ,серия Лаймана:(и в инфракрасной областисерия Пашена:серия Брэкета:серия Пфунда:серия Хэмфри:((((ν =Rν =Rν =Rν =R)−1 −421 −521 −6213211n2n21n21n2) (n = 4, 5, 6,K) ,) (n = 5, 6, 7,K) ,) (n = 6, 7, 8,K) ,) (n = 7, 8, 9,K) .Все эти серии могут быть описаны обобщенной формулой Бальмера:1 1ν = R 2 − 2 n mгде m = 1,2,3,4,5,6 определяет серию, а n = m + 1, m + 2,K определяетотдельные линии этой серии.
С увеличением n линии серии сближаются;значение n = ∞ определяет границу серии, к которой со стороны бóльшихчастот примыкает сплошной спектр.Аналогичные серии были выделены в линейчатых спектрах других атомов.7–47–29квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условиюmeυrn = nh (n = 1, 2, 3,K) ,где me — масса электрона, υ — его скорость на n -й орбите радиуса rn ,h = h (2π ) .(II) Второй постулат Бора (правило частот): при переходе атома изодного состояния в другое испускается или поглощается один фотонс энергиейhν = E n − E m ,равной разности энергий соответствующих стационарныхсостояний.Излучение ( E m < E n ) происходит при переходе атома из состояния сбóльшей энергией в состояние с меньшей энергией (при переходе электрона сорбиты более удаленной от ядра на ближнюю к ядру орбиту).Поглощение фотона ( E m > E n ) сопровождается переходом атома всостояние с бóльшей энергией (переход электрона на более удаленную отядра орбиту).Набор всевозможных дискретных частот квантовых переходов:ν=En − Emhопределяет линейчатый спектр атома.4.
Опыты Франка и Герца.В опытах Франка и Герца было экспериментально доказаносуществование в атомах стационарных состояний.Электроны, эмитированные катодом K , разгоняются в области 1 поддействием ускоряющей разности потенциалов ϕмежду катодом и сеткой C1 . В области 2электроны проходят через пары ртути идостигают анода A . Первое возбужденноесостояние атома ртути имеет энергию 4,86 эВ. При увеличении ускоряющегопотенциала ϕ до этой величины, соударения электронов с атомами становятсянеупругими: электрон отдает кинетическую энергиюатому,возбуждаяпереходизосновногоэнергетического состояния в первое возбужденноесостояние (поглощение энергии атомами ртути) —ток в установке резко уменьшается.
Приϕ , подобное жедальнейшемувеличенииповедение тока наблюдается при энергиях,кратных∆E = 4,86 эВ,когдаэлектроныиспытывают 2, 3, … неупругих соударений. Такимобразом, в атоме действительно существуютстационарные состояния (подтверждение первогопостулата Бора).Возбужденные атомы ртути, переходя в основное состояние, излучаюткванты света с длиной волны λ = hc ∆E = 255нм (подтверждение второгопостулата Бора).А.Н.Огурцов. Лекции по физике.в зону проводимости в случае полупроводника n-типа (рис.(б)) или из валентнойзоны на акцепторные уровни в случае полупроводника p-типа (рис.(в)).Примесная фотопроводимость для полупроводников n-типа — чистоэлектронная, для полупроводников p-типа — чисто дырочная.Таким образом, если hν ≥ ∆E для собственных полупроводников, иhν ≥ ∆En для примесных полупроводников, то в полупроводнике возбуждаетсяфотопроводимость (здесь ∆E n — энергия активации примесных атомов).Отсюда можно определить красную границу фотопроводимости –максимальную длину волны, при которой еще фотопроводимостьвозбуждается:λ0 =chch, λ0 =∆E∆E nдлясобственныхипримесныхполупроводников, соответственно.Наряду с поглощением, приводящим к появлению фотопроводимости,может иметь место поглощение света с образованием экситонов, которое неприводит к фотопроводимости.
Экситон – этоквазичастица, представляющая собой связаннуюпару электрон–дырка, которая может свободноперемещатьсявкристалле.Экситонывозбуждаются фотонами с энергиями меньшимиэнергии запрещенной зоны и могут быть нагляднопредставлены в виде модели спаренныхэлектрона (e) и дырки (h), движущихся вокругобщего центра масс, которым не хватило энергии,чтобы оторваться друг от друга (так называемыйэкситон Ванье–Мотта). В целом экситон электрически нейтрален, поэтомуэкситонное поглощение света не приводит к увеличению фотопроводимости.33. Люминесценция твердых тел.Люминесценцией называется излучение, избыточное при даннойтемпературе над тепловым излучением тела и имеющее длительность,бóльшую периода световых колебаний.Вещества, способные под действием различного рода возбужденийсветиться, называются люминофорами.В зависимости от способов возбуждения различают: фотолюминесценцию (под действием света), рентгенолюминесценцию (под действием рентгеновского излучения), катодолюминесценцию (под действием электронов),радиолюминесценцию (при возбуждении ядерным излучением, напримерγ -излучением, нейтронами, протонами), хемилюминесценцию (прихимических превращениях), триболюминесценцию (при растирании илираскалывании некоторых кристаллов).По длительности свечения условно различают:−8флуоресценцию ( t ≤ 10 с) и фосфоресценцию— свечение, продолжающееся заметный промежуток времени после прекращения возбуждения.Уже в первых количественных исследованияхлюминесценции было сформулировано правилоСтокса: длина волны люминесцентного излучения всегда больше длиныволны света, возбудившего его.Квантовая физика7–287–5случае этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии∆E D = 0,013эВ < kT , поэтому уже при обычных температурах тепловаяэнергия достаточна для переброски электронов с примесного уровня в зонупроводимости.Примеси, являющиеся источниками электронов называются донорами, аэнергетические уровни этих примесей — донорными уровнями.Таким образом, в полупроводниках n-типа (донорная примесь)реализуется электронный механизм проводимости.Полупроводники называются дырочными (или полупроводникамиp-типа) если проводимость в них обеспечивается дырками, вследствиевведения примеси, валентность которой на единицу меньше валентностиосновных атомов.Например, введение трехвалентной примеси бора (B) в матрицучетырехвалентного германия (Ge) приводит к появлениюв запрещенной зоне примесного энергетического уровняA не занятого электронами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
