
- •Методичні вказівки та інструкції до лабораторних робіт з фізики*
- •Вимоги безпеки після закінчення роботи
- •2. Правила роботи з родинами
- •Правила оформлення звіту по лабораторній роботі
- •5 Порядковий номер звіту
- •1 Вид документу
- •2 Код предмету
- •3 Код спеціальності
- •Журнал лабораторних робіт
- •Критерії оцінювання навчальних досягнень студентів при виконанні лабораторних робіт
- •Розділ 1. Механіка
- •«Визначення моментів інерції кулі і циліндра»
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Вивчення закону збереження енергії при обертальному русі
- •Прядок виконання
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Розділ 2. Молекулярна фізика та термодинаміка
- •Визначення молярних теплоємкостей речовин
- •Теоретичні положення:
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Спостереження процесів плавлення та кристалізації гіпосульфіту
- •Теоретичні положення:
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини.
- •Теоретичні положення:
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Дослідження механічних властивостей гуми
- •Теоретичні відомості
- •Хід роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •«Дослідження механічних властивостей міді»
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Розділ 3. Коливання і хвилі
- •Дослідження коливань пружинного маятника
- •1.1 Теоретична частина
- •Із (1.5) і (1.6) отримуємо період коливань пружинного маятника
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Дослідження коливань обруча
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Вивчення затухаючих коливань
- •Теоретичні положення:
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Розділ 4. Електродинаміка
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Не торкайтесь клем зарядженого конденсатора, навіть якщо коло розімкнене!
- •Не торкайтесь клем зарядженого конденсатора, навіть якщо коло розімкнене!
- •Не торкайтесь клем зарядженого конденсатора, навіть якщо коло розімкнене!
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Дослідження властивостей металів
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Дослідження властивостей напівпровідника
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Розділ 5. Оптика
- •Визначення параметрів лінзи
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Вивчення явища фотопровідності
- •Теоретичні положення
- •Час життя нерівноважних носіїв заряду
- •3 Залежність фотопровідності від інтенсивності світла, що поглинається
- •Порядок виконання роботи
- •Висновок:
- •Контрольні запитання
- •Дослідження напівпровідникового лазера.
- •Теоретичні положення
- •Порядок виконання роботи
- •Абсолютний коефіцієнт заломлення
- •Показатели преломления газов при нормальных условиях
- •Показатели преломления жидкостей при 20 °c
- •Константи
- •Додаток м елементи теорії похибок
- •1 Основні поняття теорії похибок
- •Як правило, визначається у відсотках
- •2 Похибки засобів вимірювання
- •3 Похибки табличних величин
- •4 Правила округлення і виконання наближених обчислень
- •5 Похибки прямих вимірювань Похибки прямих вимірювань визначаються за формулою
- •6 Похибки непрямих вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Література
Час життя нерівноважних носіїв заряду
Нерівноважні носії заряду зустрічаючись з носіями протилежного знаку рекомбінують. Нехай un – середня швидкість електрона відносно дірки, а gn – переріз (площа) захоплення електрона при зустрічі з діркою, концентрація дірок – p. Тоді середнє число зустрічей електрона за 1 сек буде gn× un×p, а середній час життя tn = 1/(gn×un×p).
Добуток ефективної площі захоплення на середню швидкість g×un=gn називається коефіцієнтом рекомбінації нерівноважних електронів. Тоді tn = 1/(gn p). Цей параметр не може бути характерним для даного матеріалу, оскільки величина р залежить від інтенсивності освітлення, температури, концентрації дефектів та домішок і т.п.
Збільшення концентрації носіїв заряду при освітленні, та їх зменшення після припинення освітлення супроводжується відповідними змінами електропровідності, а отже і струму через зразок напівпровідника. Криві зростання або спаду нерівноважної електропровідності при зміні освітленості називаються релаксаційними кривими фотопровідності. Схематично ці криві показані на рис. 2.
Розрізняють два крайніх випадки релаксації:
1) при малих рівнях збудження, коли Dn << n0;
2) при великих рівнях збудження, коли Dn >> n0,
де n0 – рівноважна концентрація електронів напівпровідника в темряві.
Рисунок 2 |
Розглянемо другий випадок. Запишемо диференціальне рівняння зміни з часом концентрації нерівноважних носіїв заряду:
де G = bkI – швидкість генерації; R = g(Dn)2 – швидкість рекомбінації (рекомбінація квадратична тому, що R » (Dn)2); k – коефіцієнт поглинання світла (1/м); I – ін-тенсивність світла, яким освітлюється напів-провідник; b – квантовий вихід, тобто число |
вільних електронів, які з¢являються при поглинанні одного фотона, якщо І дорівнює числу фотонів, які падають за 1с на 1 м2 поверхні напівпровідника; g – коефіцієнт рекомбінації (м3/с) (його визначення зроблено вище).
Якщо
освітлення вимкнути, то
.
Розділимо
змінні і інтегруємо:
.
У
початковий момент часу, коли t
= 0, то Dn
= Dn0.
Тоді
.
.
(3)
Тобто, при квадратичній рекомбінації (бімолекулярна рекомбінація) число нерівноважних носіїв заряду зменшується з часом за гіперболічним законом. Оскільки фотопровідність (чи фотострум) пропорційна величині Dn, можна вважати, що фотострум через зразок напівпровідника при сталій напрузі на ньому буде зменшуватись з часом теж за гіперболічним законом, тобто:
,
(4)
де I0 – стаціонарне значення фотоструму, яке досягається при довготривалому освітленні, А – коефіцієнт пропорційності. Цю формулу можна переписати в такому вигляді
(5)
Я
кщо
отримати експериментальну залежність
спаду фотоструму від часу і побудувати
залежність
в координатах, як показано на рис. 12.3,
то в разі квадратичної рекомбінації на
цьому графіку повинна бути пряма лінія.
Відомо, що сила струму
, (6)
де j – густина струму; S – площа поперечного перерізу провідника.
За електронною теорією:
(7)
де е – заряд електрона, n – концентрація електронів, mn – рухливість електронів, Е – напруженість електричного поля.
Якщо довжина провідника l, а напруга на ньому U, то наближено можна вважати:
.
(8)
Рисунок 3 |
Таким чином фотострум у напівпровіднику (чи в фоторезисторі)
– для домішкової електронної фотопровідності, а
Тоді очевидно, що повинна виконуватись рівність: |
.
(11)
Ця рівність дає можливість по вимірюванням фотоструму в фоторезисторі робити висновки про величину концентрації нерівноважних носіїв заряду.
У даній роботі вивчаються властивості германієвого фоторезистора, який має такі геометричні параметри: l = 5 мм, S = 10,75 см2, mn » 0,4 м2/(В×С), U = 0,51 В.
Використовуючи дані графіка на рис. 3, де tga = A, а також те, що A = g × Dn0 і визначаючи Dn0 за формулою для I0 можна визначити n0.
Знаючи g і розраховуючи Dn по для конкретного моменту часу, за формулою
(12)
можна обчислити середнє значення часу життя нерівноважного носія заряду.