2. Дослідна установка.

Ознайомитися з електричною і оптичною схемами установки (Рис.4).

1

Рис. 4. Схема установки

1. Джерело світла; 2. Монохроматор; 3. Фо; 4. Джерело напруги. Вх - вхідна і Вих - вихідна щілина монохроматора.

Дослідна установка складається з фотоопору, монохроматора УМ-2, змінного джерела напруги, вимірних електричних приладів та джерела світла. За допомогою монохроматора можна змінювати світловий потік, що падає на фотоопір, як за величиною, так і за складом. Під час вимірів фото опір ізолюють від зовнішнього світла.

Фотоопір являє собою тонкий шар напівпровідника, що знаходиться між двома електродами. Тонкі шари отримують випаровуванням в вакуумі або при хімічному осаді. Частіше - це тонкі плівки, що вирізають із монокристалів. ФО, як правило, знаходиться в захисному кожусі з прозорим віконцем.

рис.5

1. Світлочутливий шар. 2. Металеві електроди. 3. Діелектрична пластина.

3. Виконання роботи.

Завдання 1. Отримати дані для побудови графіка І_ф = f(λ.), що відображає спектральну характеристику ФО. Для цього необхідно виконати такі операції:

а) включити джерело світла і домогтися максимальноrо світлового потоку з вихідної щілини монохроматору;

б) на шляху світлового потоку поставити ФО і підключити до нього напругу в 50В. знайти таке положення ФО, щоб фотострум був максимальним

в) обертаючи барабан довжин хвиль монохроматора, зверніть увагу на фотострум І_ф. Якщо І_ф залежить від довжини хвилі світла, то установка працює.

При виконанні цього завдання треба користуватися графіком d(λ.), який пов'язує ширину d вхідноі щілини В_х з довжиною, хвилі l,якою опромінюється ФО. Ця залежність дозволяє підтримувати сталий потік фотонів ,(N_ф), що виходять з вихідної щілини монохроматора. Зв'язок показів барабана монохроматора з довжиною хвилі l на виході монохроматора приведений на графіку n(l),(додаток до роботи).

Графік f(l) = І_ф будується в межах 450 нм < l < 750 нм. Інтервал зміни l треба підбирати в залежності від зміни І_ф. Одержані І_ф при заданій l занести в таблицю 1.

За даними таблиці 1 будується графік f(l) і знаходять l_mах .

Завдання 2. Визначити залежність фотоструму l_ф від прикладеної напруги U при сталому світловому потоці Ф, тобто І_ф = j(U).

Коли Ф = 0, одержимо темнову вольтамперну характеристику, з якої визначимо R_T. Коли Ф = const (денне світло), одержимо світлову вольтамперну характеристику, з якої визначимо R_c.

Умова виконання досліду - сталий світловий потік. Одержані дані занести в таблицю 2. .

Завдання 3. На віддалі L=l0 см від ФО розміщуємо джерело світла на одній висоті з ФО. Вмикаємо джерело світла і подаємо напругу U на ФО. Напругу підбираємо так, щоб для віддалі L= 10 см фотострум l_ф не перевищував 1 мА. Визначена напруга повинна залишатися сталою під час досліду. Змінюючи віддаль L на DL=l0 см, одержуємо значення

І_ф= x(L) (L_max=l м).

Світловий потік, що падає на ФО, визначаємо за формулою:

Ф=S

де S . площа робочої поверхні ФО, І - сила світла (І=21Кд).

Всі одержані значення І_ф, Ф, L записуємо в таблицю 3. За даними таблиці 3 будується графік І_ф = x(Ф) , з якого визначається інтегральна чутливість γ ФО:

Завдання 4. Визначити час життя τ нерівноважних носіїв заряду.

При збудженні напівпровідника світлом утворюються надлишкові, відносно рівноважного розподілу, носії заряду, що одержали назву нерівноважних. Додаткова провідність, яка виникає в цьому випадку, називається фотопровідністю. Як показує дослід, при освітленні, поряд із процесами генерації нерівноважних носіїв має місце і зворотній процес - їх рекомбінації. Тому через деякий час установлюється стаціонарне значення нерівноважних концентрацій, а згодом – і стаціонарне значення фото–провідності. Цими процесами пояснюється інерційність фотоопорів і вентильних фотоелементів. Криві зміни з часом нерівноважної провідності називаються кривими релаксації.

На рис.6 приведені графіки, що характеризують зростання фотопровідності з часом при освітленні фотоелемента — крива (1) і спад провідності при зникненні освітленості — крива (2). За графіками можна визначити один із важливих параметрів фотоелемента – час життя τ нерівноважних носіїв.

Крива (1) характеризує зростання фотоструму під час дії світлового потоку; крива (2) описує спад струму, завдяки процесам релаксації; τ₁ – час освітлення; τ₂=t₂–t₀ — час затемнення; t₁–t₀=τ - час життя нерівноважних носіїв зарядів.

Спад фотоструму при затемненні фотоелемента відбувається за законом:

İ=İ₀e^-t/τ, (6)

де İ₀ – початковий струм, t - час, протягом якого спостерігається спад фотоструму. За означенням τ – це час, за який початковий струм İ₀ зменшиться в е разів. Графік İ(t) отримаємо на екрані осцилографа і за допомогою шкали екрана знайдемо і_в=і_мах/е.

Визначивши İ_в, знайдемо положення точки d на oсі часу. Проміжок часу τ = t₁-t₀ і є час життя нерівноважних носіїв заряду.