Контрольные вопросы

1. Дать определение теплоемкости, удельной и молярной теплоемкости твердого тела.

2. Основные положения классической теории теплоемкости твердых тел.

Законы Дюлонга и Пти.

3. Основные положения теории теплоемкости твердых тел Эйнштейна.

4. Основные положения теории теплоемкости твердых тел Дебая.

5. Понятие температуры Дебая.

Задание 2

Цель работы: снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода. Расчет коэффициента выпрямления.

Приборы и принадлежности: электрическая схема с исследуемым полупроводниковым диодом.

Методика эксперимента

Работа полупроводникового диода основана на односторонней проводимости p-n - перехода. Его важнейшей характеристикой является зависимость тока, текущего через диод от приложенного к нему напряжения. Такая характеристика называется вольтамперной (рис 6.9).

О тношение прямого тока к обратному при одинаковом напряжении называется коэффициентом выпрямления

К=Iпр/Iоб.

Д ля разных напряжений коэффициент выпрямления будет разным. Для получения более точной вольт–амперной характеристики схема установки должна учитывать большую разницу в величинах обратного и прямого токов.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку в сеть.

2. Поставить переключатель на панели установки в положение ″прямой″. Меняя напряжение, подаваемое на диод, записать в табл. 6.4 значения тока I_пр и соответствующего напряжения U_пр в делениях шкалы приборов.

3. Переключить переключатель в положение ″обратный″ и повторить пункт 2. Получить не менее 8 -10 значений для каждого направления тока.

4. Пересчитать полученные данные в единицы измерения I и U.

Таблица 6.4

Прямой				Обратный
U, дел	U, B	I, дел	I, A	U, дел	U, B	I, дел	I, A

5. По полученным данным построить вольтамперную характеристику, выбрав разные масштабы для тока при прямом и обратном включениях.

6. Рассчитать для одинаковых значений напряжения при прямом и обратном включениях коэффициенты выпрямления. Построить график зависимости К=f (U).

Задание 3

Цель работы: снятие спектральной характеристики полупроводникового фотоэлемента. Расчет ширины запрещенной зоны полупроводника.

Приборы и принадлежности: монохроматор, гальванометр, фотоэлемент, лампа накаливания, график зависимости К=f ().

Методика эксперимента

Основой работы фотоэлемента является появление фотоэдс при облучении светом p-n - перехода. Схема устройства полупроводникового фотоэлемента представлена на рис. 6.10.

Е сли на фотоэлемент направить световой поток, то каждый поглощенный фотон рождает пару электрон – дырка. Появление дополнительных носителей заряда нарушает равновесие в p- и n- областях, что вызывает диффузию носителей через границу p-n - перехода. На границе возникает дополнительная разность потенциалов, соответственно фотоЭДС, и при наличии внешнего сопротивления - фототок I_ф.

Сила фототока зависит от величины светового потока, падающего на фотоэлемент. Кроме того, при одной и той же мощности излучения сила фототока зависит от длины волны падающего света, и эта зависимость может иметь резкий максимум. Такого рода явление называется селективным или избирательным фотоэффектом.

Спектральной характеристикой фотоэлемента является спектральная чувствительность, которая определяется отношением

,

где I_ф – сила фототока; _ - поток световой энергии, падающий на фотоэлемент, различный для различных длин волн.

Если бы для всех длин волн _ = const, то для относительной спектральной чувствительности была бы справедлива формула

,

где I_ - сила фототока при длине волны падающего на фотоэлемент света равной ; I_max – максимальное значение фототока.

Ч тобы уравнять потоки световой энергии, нужно воспользоваться графиком (рис. 6.11) зависимости коэффициента пропорциональности K от .

Ширину запрещенной зоны Е полупроводника можно рассчитать по определению ″красной границы″ фотоэффекта

, (6.2)

где h – постоянная Планка; с – скорость света в вакууме; _max – максимальная длина волны падающего света, при которой еще наблюдается фотоэффект.

Порядок выполнения работы

1. Общий вид экспериментальной установки показан на рис. 6.12. Включить в сеть источник света (лампу накаливания 1) и гальванометр.

2. Направить свет от источника через конденсор 2 на щель 3 монохроматора4.

3. Вращая барабан 5, найти максимальное отклонение ″зайчика″ гальванометра 6 (меняя ширину входной щели).

4. Снять зависимость силы тока (гальванометр) и значений барабана монохроматора. Данные занести в табл. 6.5 (через 5 делений шкалы барабана).

5. Определить по градуировочному графику длины волн . Занести в табл. 6.5.

6. По графику (см. рис. 6.11) определить переводные коэффициенты К_. Занести в табл. 6.5.

7. По формуле рассчитать I_, занести в табл. 6.5.

8. В ыбрать из всех значений I_ максимальное и по формуле (6.1) определить _отн. Построить график зависимости _отн от длины волны света.

9. Рассчитать по формуле (6.2) ширину запрещенной зоны полупроводника в эВ.

Таблица 6.5

Деления барабана	.	I, эксп	K	I	отн

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются энергетические состояния электрона в изолированном атоме и твердом теле?

2. Что такое запрещенные и разрешенные энергетические уровни?

3. Чем отличаются по зонной теории диэлектрики, полупроводники и металлы?

4. Чем обусловлена проводимость собственного полупроводника?

5. Каков механизм проводимости примесных полупроводников?

6. Каков механизм фотопроводимости? Что такое красная граница фотопроводимости?

7. В чем причина возникновения контактной разности потенциалов?

8. Объясните механизм образования запирающего слоя на границе p-n перехода.

9. Как объяснить одностороннюю проводимость p-n перехода?

10. Почему через p-n переход ток идет (слабый!) при обратном подключении его к источнику тока?