Описание установки

Э лектрическая принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 8.9. монтажная – на рис. 8.10.

Источником ЭДС является генератор регулируемого постоянного напряжения блока ИПС1, работающий в диапазоне 0….20 В.

В качестве источников света используется набор светодиодов (кластер), излучающих в различных узких диапазонах длин волн в видимой и инфракрасной частях спектра. Необходимо учитывать, что в лабораторной установке измеряется не абсолютная, а относительная интенсивность излучения J/J₀, где J₀ –некоторая константа, задаваемая измерительным прибором. Управление работой светодиодов осуществляется с блока ИПС1 (рис. 8.10).

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему, приведенную на рис. 8.10.

2. Снимите семейство вольт-амперных характеристик , для этого:

   • регулятором относительной интенсивность 7 (рис. 8.10) установите (J/J₀)=0,5. В процессе измерений эта величина должна быть постоянной!

   • переключателем 6 установите излучатель λ₂;

   • регулятором напряжений 4 установите напряжение U=0 В;

   • изменяя напряжение от 0 до 24 В с интервалом 2 В, измеряйте силу тока;

   • результаты занесите в таблицу 8.2;

   • повторите измерения для λ₄, и λ₆.

Таблица 8.2

	U, В	0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24
λ2	IФ, мкА
λ4	IФ, мкА
λ6	IФ, мкА

3. Снимите семейство световых характеристик I_Ф(J/J₀)_U=const , для этого:

   • установите регулятором напряжений 4 напряжение U=10 В. В процессе измерений эта величина должна быть постоянной!

• переключателем 6 установите излучатель λ₂;

• регулятором относительной интенсивность 7 установите J/J₀ =0;

• измеряйте силу тока, изменяя относительную интенсивность в интервале от 0,05 до 1,2 с шагом 0,1.

• результаты занесите в таблицу 8.3;

• повторите измерения для λ₄, и λ₆.

Таблица 8.3

	J/J0	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
λ2	IФ, мкА
λ4	IФ, мкА
λ6	IФ, мкА

4. Снимите спектральную характеристику фоторезистора , для этого:

• установите регулятором напряжений 4 напряжение U=10 В;

• регулятором относительной интенсивность 7 установите J/J₀=0,5. В процессе измерений эта величина должна быть постоянной!

• переключателем 6 установите излучатель λ₀ и измерьте ток фоторезистора I_Ф;

• поочередно подключая излучатели λ₁, λ₂, …. , λ₇ измеряйте соответствующий ток I_Ф;

• результаты занесите в таблицу 8.4;

• запишите значения длин волн λ₀, λ₁, λ₂, …., λ₇ (они указаны на стенде).

Таблица 8.4

	λ0=	λ1=	λ2=	λ3=	λ4=	λ5=	λ6=	λ7=
IФ, мкА

5. Установите регулятор напряжений 4 на напряжение U=0 В и выключите установку.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. По данным таблицы 8.2 постройте семейство вольт-амперных характеристик на одной координатной плоскости.

2. По данным таблицы 8.3 постройте семейство световых характеристик I_Ф(J/J₀)_U=const на одной координатной плоскости.

3. По данным таблицы 8.4 постройте спектральную характеристику .

4. По спектральной характеристике определите край собственного поглощения λ_к и край примесного поглощения λ_п , как показано на рис. 8.8.

5. Оцените ширину запрещенной зоны полупроводника Е по формуле (8.10) и энергию активации примеси Е_а по формуле (8.11).

6. Запишите ширину запрещенной зоны полупроводника и энергию активации примеси в электрон-вольтах. С помощью таблицы 8.1 определите полупроводник из которого сделан фоторезистор.

7. Сделайте выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Что такое внутренний фотоэффект? Чем он отличается от внешнего фотоэффекта?

2. Объясните механизм возникновения фотопроводимости в собственном и примесном полупроводнике. Что такое край собственного и примесного поглощения? Какие равенства им соответствуют?

3. Что представляет собой фоторезистор? Объясните ход вольт-амперной и световой характеристик фоторезистора.

4. Объясните спектральную зависимость фототока в собственном и примесном полупроводниках. Как с помощью спектральной характеристики можно оценить ширину запрещенной зоны полупроводника? Энергию активации примеси?

5. Приведите примеры применения явления внутреннего фотоэффекта.

Рекомендуемая Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики : учеб. пособие: рек. Мин. Обр. РФ – 7,8,10,14,15,16-е изд., М.: Академия. 2004,2005, 2007, 2008, 2010. Глава 31.

2. Савельев И. В. Курс общей физики : В 5 кн.: учеб. пособие/ И. В. Савельев. –М. : Астрель : АСТ. Кн. 5 : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - 2004. - 2003. - 368 с. Глава 9.