Лабораторная работа 8.2.

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭФФЕКТА

Библиографический список

1. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1985.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 3.

Цель работы: определение световой характеристики и интегральной чувствительности фотосопротивления.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Изучение внутреннего фотоэффекта».

Описание метода и экспериментальной установки

Световая характеристика фотосопротивлений не является линейной, что свидетельствует о сложном характере явлений, происходящих при внутреннем фотоэффекте.

Практически в большинстве случаев между фототоком I_ф и све­товым потоком существует зависимость типа

I_ф = В ^. Ф (1)

где Ф - световой поток; В - чувствительность как одна из важнейших характеристик фотосопротивления. Если измерения ведутся в белом свете (сплошной спектр), то В - интегральная чувствительность. Если источник дает монохроматический свет, то В - спектральная чувствительность.

Проводимость фотосопротивления в сильной степени зависит от величины падающего на него светового потока (внутренний фотоэффект). Если фотосопротивление включено в электрическую цепь и затемнено, то величина тока, текущего по цепи, а следовательно и в фотосопротивлении, называется темновым током (I₀). При освещении поверхности фотосопротивления лучистым потоком Ф, ток возрастает, так как увеличивается число носителей тока. С возрастанием потока Ф увеличивается и значение тока I

Разность между световым и темновым током дает значение фо­тотока (I_ф):

I_ф = I  I₀ (2)

Величина I_ф, измеренная при определенных условиях, являет­ся важной характеристикой фотосопротивления.

Экспериментально было установлено, что возрастание фототока отстает от возрастания светового потока.

С ветовая характеристика опре­деляет зависимость фототока от светового потока I_ф = f(Ф) при постоянном напряжении. Производная dI_ф/dФ в каждой точке световой характеристики называется интегральной чувствительностью (рис.1).

Так как фототок зависит не только от лучистого потока, но и от величины приложенного напряжения, определение интегральной чувствительности теряет всякий смысл без указания напряжения (100 - 200 В), для которого эта величина определена. Установка, используемая для снятия световой характеристики (рис. 2), состо­ит из фотосопротивления 1, соединенного с микроамперметром 2 и источником тока. Около фотосопротивления расположен диск 3 с отверстиями, с помощью которых изменяется величина све­тового потока, падающего на фотосопротивление. В качестве осве­тителя используется лампа, помещенная в непрозрачный цилиндр с отверстием 4 .

П риняв лампу за точечный источник света для освещенной поверхности, находящейся от нее на расстоянии R = R₁ + R₂ можно записать закон освещенности

где R₁ - расстояние от лампы до отверстия в цилиндре;

I_К - сила света лампы, кд;

R₂ - расстояние от отверстия до фотосопротивления.

Световой поток, падающий на фотосопротивление, будет равен произведению освещенности на площадь отверстия в диске

где r - радиус отверстия.

Обозначив постоянные через К, имеем

Ф = K·I_K ·r²,

где

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством установки.

2. Повернуть диск 3, установить против фотосопротивления отверстие c наименьшим диаметром.

3. Включить цепь фотосопротивления с помощью тумблера К2. Записать показание микроамперметра (темновой ток I₀).

4. Включить осветитель (220 В) с помощью тумблера К1.

5. Записать показания микроамперметра.

6. Установить против фотосопротивления следующее отверстие диска и записать соответствующее показание микроамперметра.

7. Повторить указанное в п.6 для всех отверстий диска.

8. По формуле (4) рассчитать световые потоки, соответствую­щие каждому отверстию.

9. Построить световую характеристику фотосопротивления I_ф = f(Ф).

10. Для каждого значения Ф рассчитать интегральную чувстви­тельность в μА/лм.

11. Полученные данные занести в предлагаемую таблицу.

Темновой ток I₀ = Сила света 15 кд (15 кд = 15 св)

Номера отвер-стий	Радиусы отвер-стий, мм	Световой поток Ф, лм	Сила света IК, кд	Фото-ток I, μА	Интегра-льная чувствительность B, μА/лм

Задание

Записать вывод относительно функции I_ф =f(Ф).

Контрольные вопросы

1. Дать определение внутреннего фотоэффекта.

2. Важнейшие параметры, характеризующие полупроводниковые сопротивления: интегральная и спектральная чувствительности, вольтамперная характеристика, постоянная времени, рабочее на­пряжение, световая характеристика I_ф = f(Ф) и др. Дать их определение.

3. Назвать примеры применения полупроводников.

4. Объяснить физическую причину зависимости I_ф = f(Ф).

5. Сформулируйте закон освещенности.

6. Объяснить, зачем к фотосопротивлению подводят напряжение?

7. Объясните формулу проводимости фотосопротивления:

8. Что такое зонная диаграмма проводника, полупроводника и диэлектрика?

9. Какие процессы происходят в полупроводнике при поглощении фотона?

10. Запишите закон сохранения энергии для внутреннего фотоэффекта.

14