3 Залежність фотопровідності від інтенсивності світла, що поглинається

При стаціонарних умовах збудження фотопровідності величина Dn буде сталою. В цьому випадку d(Dn)/dt = 0.

Тоді із (12.2) отримуємо:

, (13)

або

. (14)

Якщо взяти до уваги, що величина стаціонарного струму , то отримуємо залежність стаціонарного фотоструму від величини інтенсивності світла, яке поглинається зразком. Отримуємо, що квадрат фотоструму (при квадратичній рекомбінації) буде прямо пропорційний освітленості зразка.

При цьому вважаємо, що між освітленістю та поглинанням існує прямопропорційна залежність.

Цю залежність легко перевірити експериментально. Для цього необхідно виміряти фотострум через зразок напівпровідника при сталій напрузі при різних освітленостях, а потім побудувати графік залежності квадрату фотоструму від величини освітленості. Якщо ця залежність буде близькою до прямої лінії, то це буде доказом квадратичної рекомбінації. Необхідною умовою квадратичної рекомбінації, як уже вказувалось, є нерівність Dn >> n₀. Ця нерівність еквівалентна тому, що фотострум буде значно більшим від темнового струму.

Порядок виконання роботи

Завдання 1. Дослідити залежність струму, що протікає через фоторезистор від освітленості.

1. Зібрати робочу схему згідно з монтажною, рис. 6.

2. Стороннім джерелом світла освітлювати фоторезистор на протязі 10÷15 хвилин. Після закінчення 10÷15 хвилин записати стаціонарне значення фотоструму I₀, яке досягається при довготривалому освітленні. Ввімкнути секундомір та одночасно з цим закрити фоторезистор від джерела світла. В зазначені у табл. 1 моменти часу Δt амперметром провести вимірювання фотоструму I_ф.

Таблиця 1.1

№, п/п	Δt, с	t, с	Iф, μА		A, с-1	Dn0, 1/м3	γ, м3∙с-1
1	0	0
2	2	2
3	4	6
4	6	12
5	8	20
6	10	30
7	12	42
8	14	56
9	16	72
10	18	90
11	20	110
12	22	132
13	24	156
14	26	182
15	28	210

3. Побудувати графік залежності .

4. З графіка, вважаючи що залежність між та t лінійна, та на підставі формули (5) визначити коефіцієнт пропорційності А.

5. Знаючи І_о, за формулою (10) обчислити концентрацію нерівноважних носіїв заряду Dn₀ для конкретного моменту часу. Геометричні параметри фоторезистора такі: l = 5 мм, S = 10,75 см², m_n » 0,4 м²/(В×С), U = 0,51 В.

6. Розрахувати коефіцієнт рекомбінації γ із співвідношення .

7. Розрахувати значення нерівноважних носіїв струму після ввимкнення світла. За формулою (12) розрахувати середній час життя τ нерівноважних носіїв заряду.

Таблиця 1.2

№ п/п	Δn, м-3	τ, с	Δn2, м-6	Iф, μА	k, м-1	β
1					0,1
2
…
14
15

8. За даними таблиці 1.2 побудувати гравік залежності Δn(I_ф) та вважаючи залежність лінійною, визначити квантовий вихід для фотоелемента за формулою:

9. Зробити висновки.

Завдання 2. Дослідити залежність струму, що протікає через фоторезистор від відстані до джерела світла.

Струм через фоторезистор прямо пропорційний від освітленості. Відомо, що

, де

J – сила падаючого світла, r – відстань від фотоелемента до джерела світла, φ – кут між падаучим променем та площиню активної поверхні фотоелемента.

1. Встановити джерело світла на мінімальній відстані від фотоелемента.

2. Поступово збільшуючи відстань між джерелом світла та фотоелементом, знімати покази мікроамперметра.

Таблиця 2.1

L, м
L2, м2
1/L2, м-2
I, мкА

3. За даними таблиці 2.1 побудувати графік залежності I(1/L²). Зробити висновки.

Завдання 3. Дослідити залежність струму, що протікає через фоторезистор від кута повороту фоторезистора

1. Встановити джерело світла на мінімальній відстані від фотоелемента.

2. Поступово змінюючи кут повороту фотоелемента, знімати покази мікроамперметра.

Таблиця 3.1

α
cosα
I, мкА

3. За даними таблиці 3.1 побудувати графік залежності I(cosα). Зробити висновки.

Завдання 4. Дослідити залежність струму, що протікає через фоторезистор від довжини хвилі падаючого світла

1. Встановити джерело світла на мінімальній відстані від фотоелемента.

2. Послідовно переключати фотодіоди, які дають світло різної довжини хвилі, знімати покази мікроамперметра.

Таблиця 4.1

λ, нм
I, мкА

3. За даними таблиці 4.1 побудувати графік залежності I(λ). Зробити висновки.