- •Министерство Образования и науки Российской Федерации
- •Основы теории обработки результатов.
- •Погрешности измерения.
- •Модуль 1. Механика Лабораторная работа №2 «Определение ускорения свободного падения»
- •Краткая теория
- •2. Описание установки. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №2.
- •Список рекомендуемой литературы
- •Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы а. Проверка правильности соотношения
- •Б. Проверка правильности соотношения
- •Вопросы для самопроверки к работе №3
- •2. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №4.
- •2.Описание установки
- •3. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №5
- •Понятие температуры
- •Уравнение Клапейрона–Менделеева и изопроцессы
- •2. Описание прибора
- •3. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №6.
- •Вопросы для самопроверки к работе №6
- •Список рекомендуемой литературы
- •1. Описание установки.
- •1. Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №7
- •Вопросы для самопроверки к работе №7
- •2. Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №8
- •Вопросы для самопроверки к работе №8
- •Порядок выполнения работы.
- •Данные установки
- •Протокол лабораторной работы №9
- •Обработка результатов измерений
- •Прилагается к данной работе:
- •Порядок выполнения работы
- •Данные установки
- •Протокол лабораторной работы №10
- •Обработка результатов измерений
- •Вопросы для самопроверки к работе №10
- •Описание аппаратуры и порядок выполнения работы
- •Вопросы для самопроверки к работе №11
- •Порядок выполнения работы.
- •Описание метода измерения и установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Протокол лабораторной работы №15
- •Вопросы для самопроверки к работе №15
- •Принцип Гюйгенса
- •Принцип Гюйгенса – Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция от щели в параллельных лучах
- •Дифракционная решетка
- •Лабораторная установка и порядок проведения работы
- •Часть I
- •Часть II
- •Протокол лабораторной работы №24
- •Вопросы для самопроверки к работе №24
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Поляризация при двойном лучепреломлением
- •Поляризационная призма Николя
- •Закон Малюса
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №25
- •Внешний фотоэффект, законы Столетова.
- •Внешний фотоэффект и волновая теория света
- •Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
- •Внутренний фотоэффект
- •Типы фотоэлементов
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №28
- •Вопросы для самопроверки к работе №28
- •Дисперсия света
- •Сериальные формулы
- •Ядерная модель строения атома по Резерфорду
- •Затруднения теории Резерфорда
- •Понятие о квантах и постоянная Планка
- •Постулаты Бора
- •Волны де Бройля
- •Линейчатые спектры по теории Бора
- •Энергетические уровни в атоме
- •Вывод расчетной формулы
- •Описание установки и порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Протокол лабораторной работы №26
- •Протокол лабораторной работы №30 Вопросы для самопроверки к работе №30 Список рекомендуемой литературы
- •Правила оформления результатов выполнения заданий по каждой работе Лабораторного практикума
Внутренний фотоэффект
В кристаллических полупроводниках и некоторых диэлектриках наблюдается внутренний фотоэффект, состоящий в том, что под действием света увеличивается электропроводность этих веществ за счет возрастания в них числа свободных носителей тока – электронов проводимости и дырок.
По квантовым представлениям электроны могут находиться в атоме на определенном, разрешенном, энергетическом уровне. Под влиянием различных физических факторов электрон может переходить с одного разрешенного уровня на другой, но не может находиться на каком–либо промежуточном уровне – запрещенном уровне.
По принципу Паули на одном энергетическом уровне в изолированном атоме могут находиться не более двух электронов. При сближении N изолированных атомов энергетический уровень расщепляется на N близких по величине энергетических уровней, на каждом из которых может находиться не более двух электронов.
Совокупность этих уровней образует полосу, которую называют энергетической з о н о й. Энергетические зоны отделяют друг от друга области, в которых в силу квантовых законов электроны находиться не могут. Эти области называют з а п р е щ е н н ы м и зонами. Если на каждом разрешенном уровне находится два электрона, то зона называется з а п о л н е н н о й.
Целиком заполненные зоны в кристаллах называются в а л е н т н ы м и зонами, частично заполненные и пустые – называются зонами п р о в о д и м о с т и.
Следует знать, что энергетическая зона не имеет никаких пространственных размеров, а представляет собой понятие, отражающее тот факт, что тот или иной электрон кристалла может обладать энергиями, заключенными в определенных пределах. Этими пределами являются нижняя и верхняя граница зоны. В фразе "ширина запретной зоны" под словом "ширина" следует понимать не обычное геометрическое расстояние, а лишь то, что численное значение энергии электрона, находящегося на данном уровне, отличается от энергии электрона, находящегося на другом уровне, на Е. Наиболее близкие к ядру электроны крепко связаны с ядрами и не принимают участия в проводимости. Электропроводимость возникает лишь за счет валентных электронов зоны проводимости. Структура спектра валентных электронов для металлов и полупроводников различна.
У металлов между зоной заполненной и зоной проводимости нет запретных уровней и электрон заполненной зоны имеет возможность перейти на свободные уровни зоны проводимости, рис. 3–а. У полупроводников энергетический спектр состоит из заполненной зоны разрешенных уровней, запрещенной зоны и зоны проводимости, рис. 3–б. Ширина запретной зоны определяет величину энергии E, которую нужно дополнительно сообщить электрону, чтобы перевести его из заполненной зоны в зону проводимости. Эту энергию называют энергией активации и выражают в электронвольтах. Полупроводник будет электропроводным, если электрон из заполненной зоны перейдет в зону проводимости. Отсюда явление внутреннего фотоэффекта часто называют фотопроводимостью.
Механизм фотопроводимости объясняется следующим образом. При освещении поверхности полупроводника поглощенный фотон отдает свою энергию валентным электронам.
Если энергия фотона больше ширины запрещенной зоны, то электрон переходит в зону проводимости и становится электроном проводимости, а в заполненной зоне образуется свободное место, пустой уровень, получивший название "дырка". Образовавшаяся дырка может быть заполнена одним из ближайших соседних электронов, но тогда освободится место, которое только что занимал электрон, т.е. появится новая дырка и т.д. В возникшем процессе электрон будет перемещаться против направления электрического поля, а свободное место, заполняемое электронами, дырка, перемещается им навстречу – по направлению поля. В электрических и магнитных полях дырка ведет себя аналогично положительному заряду, величина которого равна заряду электрона. Таким образом, один поглощенный фотон освобождает пару "электрон–дырка" и освещение полупроводника увеличивает количество носителей тока, следовательно, увеличивает ток при неизменном напряжении, что эквивалентно уменьшению сопротивления.
При освещении светом для которого h < E, фотоэффекта не будет.
Частота кр , определяемая из равенства h кр = E, является красной границей внутреннего фотоэффекта.