Лабораторная работа №2. «Изучение характеристик полупроводниковых фотодиодов и их использование для измерения прозрачности пленок»
Изучение характеристик полупроводниковых фотодиодов и фоторезисторов и их использование для измерения прозрачности пленок.
ПП фотодиоды и фоторезисторы широко используются при измерении параметров лучистой энергии, в системах автоматики и сигнализации, а также при создании оптопар.
ПП приборы, меняющие эл.режим пари воздействии на них лучистой, называются фотоэлектроны.
Действие таких приборов основано на использовании внутреннего фотоэффекта.
Фотоэффект возникает в случае, если энергия квантов оптического излучения достаточна для перевода электронов с локального уровня валентной зоны в зону проводимости.
Энергия кванта hν и работа выхода электрона eφ0 и начальная скорость вылета электрона ν связаны уравнением Эйнштейна:
Основной характеристикой этих фотоприборов является:
Световая – зависимость фотопотока от интенсивности лучистого потока при неизменном спектральном составе и постоянстве напряжений между электронами.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость фотопотока от напряжений на электродах фотоприбора при постоянстве светового потока.
Спектральная характеристика – зависимость относительной чувствительности от длины волны излучения при постоянной величине лучистого потока и постоянном напряжении между электродами.
Частотная – зависимость относительной чувствительности от частоты изменения интенсивности лучистого потока при постоянстве напряжений и потока.
Температурная – устанавливающая связь между параметрами фотоприбора и изменением температуры.
Переходная – устанавливающая реакцию фотоприбора на единичный скачок светового потока.
К основным параметрам фотоприбора относятся:
Интегральная чувствительность
Спектральная чувствительность
Внутреннее сопротивление фотоприбора постоянному току
Внутреннее сопротивление фотоприбора переменному току
Темневой ток I – ток протекающий через фотоприбор при полном затемнении.
Фотодиод – это полупроводниковый прибор, в котором используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода неравномерных носителей под воздействием энергии оптического излучения. Материалом для таких приборов служит кремний и германий.
Фотодиод может работать в двух режимах: вентильном (фотогенераторном) и фотодиодном. При работе в фотодиодном режиме к фотодиоду прикладывается обратное напряжение значительно большое фото-ЭДС. В фотодиодном режиме внутреннее сопротивление фотодиода велика и ток нагрузки не зависит от величины Rн в широком диапазоне его измерения, что является преимуществом такого режима работы.
При отсутствии светового потока и внешнего напряжения возникает равновесие между потоками носителей заряда через переход.
Схема измерительной установки: В оптическую систему входит осветитель с конденсатором, объектив с диафрагмой «Индустар 50», фотодиод ФД-3, светофильтр. Освещенность образцов регулируется с помощью изменения расстояния между фотоприемником и источником света и диафрагмой объектива.
Нагрузка КОм материал |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Без всего |
100 |
61 |
41 |
30 |
24 |
20 |
16 |
14 |
12 |
11 |
0 |
Стекло 0,1 |
84 |
57 |
39 |
28 |
22 |
18 |
16 |
14 |
12 |
11 |
0 |
Стекло 2шт |
68 |
50 |
35 |
26 |
21 |
18 |
15 |
13 |
11 |
10 |
9 |
Стекло 3 шт |
58 |
45 |
32 |
25 |
20 |
16 |
14 |
12 |
11 |
9 |
0 |
Пленка 0,5 |
53 |
42 |
31 |
24 |
19 |
16 |
13 |
12 |
10 |
9 |
8 |
Пленка 0,5 + 3 стекла |
31 |
27 |
22 |
18 |
14 |
12 |
10 |
9 |
8 |
7 |
0 |
Пленка 20 |
46 |
41 |
30 |
24 |
20 |
16 |
13 |
12 |
10 |
9 |
0 |
Пленка 20 + 3 стекла |
30 |
28 |
22 |
18 |
14 |
12 |
10 |
9 |
8 |
7 |
0 |
Пленка 35 |
52 |
41 |
30 |
23 |
19 |
16 |
13 |
11 |
9 |
0 |
0 |
Пленка 35 + 3 стекла |
29 |
25 |
21 |
18 |
14 |
12 |
10 |
9 |
8 |
7 |
7 |
Пленка 15 |
56 |
44 |
32 |
24 |
20 |
16 |
14 |
12 |
10 |
9 |
0 |
Пленка 15 + 3 стекла |
34 |
30 |
24 |
18 |
16 |
12 |
10 |
9 |
8 |
8 |
0 |
Стекло в массиве |
52 |
41 |
30 |
23 |
19 |
16 |
13 |
12 |
10 |
9 |
8 |
