5. Kонтрольные вопросы

1. В чем состоит явление дифракции света?

2. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.

3. Что такое разрешающая способность дифракционной решетки и от чего она зависит?

4. Как экспериментально определить угловую дисперсию D дифракционной решетки?

3. Какой вид имеет дифракционная картина, полученная от прозрачной решетки?

Приложение форма отчета

Титульный лист:

У Г Т У - У П И

Кафедра физики

О Т Ч Е Т

По лабораторной работе 29 Изучение дифракционных решеток. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Студент______________________________

Группа ______________________________

Дата _________________________________

Преподаватель……………………….

На внутренних страницах:

1. Расчетные формулы:

; ; ; ; ,

где - длина волны;

m – порядок спектра (m=1).

2. Источник излучения – ртутная лампа.

3. Ход лучей

4. Результаты измерений углов дифракции и длин волн спектральных линий паров ртути

Таблица 1

Спектральная линия	Порядок максимума, m	Угловое положение линии		Угол дифракции	Длина волны , нм
		слева от центр. макс.  1	справа от центр. макс.  2
Фиолетовая Зеленая Желтая 1 Желтая 2	1 1 1 1

5. Расчет искомых величин.

Чтобы рассчитать число штрихов на рабочей части решетки, следует учесть, что d=833,3 нм, а длина (в нашем случае, ширина) решетки равна 40 мм.

Таблица 2

Характеристики дифракционной решетки

Период d решетки, нм	Наивысший порядок m Спектров	Разрешающая сила R	Линейное разрешение ,нм	Угловая дисперсия D для линий ртути, ”/ нм
833,3

6. Оценка погрешностей измерений длин волн рассчитывается по формуле:

нм:

Табличные значения длин волн спектральных линий паров ртути:

Фиолетовая – 436 нм,

Зеленая - 546 нм,

1 желтая – 577 нм,

2 желтая - 579 нм.

7. Выводы.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 33

Исследование полупроводникового резистора

1. Зонная модель собственных полупроводников

В данной лабораторной работе на примере собственного полупроводника (германия) экспериментально определяется ширина запрещенной зоны.

Собственные полупроводники - это химически чистые (без примесей) полупроводники. В кристаллических твердых телах атомы, составляющие кристалл, расположены, упорядоченно, образуя пространственную кристаллическую решетку. Из атомной физики и квантовой механики известно, что энергетический спектр электронов в изолированном атоме дискретен, а число электронов на каждом энергетическом уровне ограничено и определяется принципом Паули. В кристаллах энергетическое состояние электронов определяется не только взаимодействием их с ядром своего атома, но и взаимодействием с другими атомами кристаллической решетки. В результате этого взаимодействия атомные дискретные энергетические уровни смещаются, расщепляются, образуя зоны разрешенных энергий, разделенные зонами запрещенных энергий.

Разрешенная зона, возникающая из того атомного уровня, на котором находятся валентные электроны в основном состоянии атома, называется валентной зоной. При T=0 K в собственных полупроводниках валентная зона полностью заполнена. Более высокие разрешенные зоны при T = 0 K от электронов свободны. Наиболее низкая из них, т.е. ближайшая к валентной зоне, называется зоной проводимости (рис. 1,а). Зона проводимости отделена от валентной так называемой запрещенной зоной, шириной которой обозначается E_g и измеряется в джоулях или электрон-вольтах. При T=0 K такой полупроводник не проводит электрического тока, поскольку в нем нет свободных носителей заряда.

Чтобы поднять электрон из валентной зоны в зону проводимости, т.е. перевести его из связанного состояния в свободное, ему необходимо сообщить энергию, не меньшую, чем E_g. Эта энергия может быть получена, например, за счет теплового возбуждения электронов валентной зоны при нагревании полупроводника до некоторой температуры Т. При переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости в первой появляются вакантные состояния - дырки (рис. 1,б).

Дырки рассматриваются как самостоятельные свободные носители заряда; им приписывается положительный заряд, определенная масса и т.д. Одновременно с процессом образования (генерацией) свободных носителей заряда (электронов и дырок) идет процесс их исчезновения (рекомбинации), так как часть электронов возвращается в валентную зону и заполняет вакантные места - дырки. Следовательно, при T ¹ 0 за счет действия этих двух конкурирующих процессов в полупроводнике устанавливается некоторая равновесная концентрация свободных носителей заряда. Естественно, чем выше температура полупроводника, тем больше концентрация свободных электронов и дырок.

В отсутствие внешнего электрического поля в полупроводнике свободные электроны и дырки движутся хаотически. При наличии внешнего электрического поля в собственном полупроводнике возникает направленное движение - дрейф - свободных электронов и дырок, т.е. возникает электрический ток. Электропроводность химически чистого полупроводника, обусловленная направленным движением электронов и дырок, называется собственной проводимостью.

Концентрации n_n и n_p электронов и дырок в собственном полупроводнике одинаковы; они связаны с шириной E_g запрещенной зоны и абсолютной температурой T полупроводника соотношением:

(1)

где С - коэффициент пропорциональности, K – постоянная Больцмана.

Рис.1. Зонная структура собственного полупроводника (вверху – зона проводимости, внизу – валентная зона, между ними – запрещенная зона)

В собственных полупроводниках удельная электрическая проводимость определяется по формуле:

(2)

где n - концентрация электронов (дырок); ½e½ - заряд электрона (дырки); b_n и b_p -соответственно подвижности электронов и дырок. Подвижность носителя заряда есть средняя скорость направленного движения, приобретаемая им в электрическом поле единичной напряженности: b=<u>/E.

Известно, что подвижность собственных носителей тока пропорциональна T^-3/2 и с учетом формулы (1) получается:

(3)

где s₀ - постоянная, зависящая от природы полупроводника.

Данное выражение можно записать и для полной электрической проводимости:

(4)

которая связана с электрическим сопротивлением R соотношением G=1/R и G₀=1/R₀. Тогда зависимость сопротивления от температуры примет следующий вид:

(5)