Лабораторная работа №9 изучение углового распределения интенсивности космического излучения

Цель работы: проверить феноменологическую формулу зависимости интенсивности падающего космического излучения от угла наблюдения.

Содержание работы

Вторичное космическое излучение на уровне моря обусловлено слабопоглощаемой жесткой компонентой, в состав которой входят -мезоны. Мезоны, идущие под углом  к вертикали, проходят в атмосфере путь, в 1/cos раз больший, чем мезоны, идущие по вертикали, поэтому вероятность их распада больше и больше слой проходимого воздуха. А значит растет их поглощение, и, следовательно, уменьшается их интенсивность с ростом угла .

В настоящей работе предлагается проверить справедливость формулы зависимости интенсивности падающих космических лучей от угла наблюдения :

I = I₀ cos² (1),

где I₀ - интенсивность вертикально падающих лучей ( = 0),  - зенитный угол, отсчитываемый от вертикали. Интенсивность космических лучей будем рассматривать как количество зарегистрированных телескопом частиц в единицу времени.

Лабораторная работа №10 снятие вольт-амперной характеристики

P-N ПЕРЕХОДА

Цель работы: изучение свойств р-п перехода, снятие вольт-амперных характеристик при прямом и обратном направлении протекающего через переход тока и вольт-фарадной характеристики р-п перехода.

Содержание работы

По способу проводимости различают собственные и примесные полупроводники. Собственными называются чистые полупроводники типа Ge, Si, у которых число электронов в зоне проводимости равно числу дырок в валентной зоне и уровень Ферми находится в середине запрещенной зоны.

Каждый атом германия или кремния четырехвалентен, связан с четырьмя ближайшими соседями ковалентными связями.

При повышении температуры (Т > 0) эти связи могут разрываться, и часть электронов может стать свободной и передвигаться по кристаллу, участвуя в собственной проводимости.

Если в решетку германия ввести донорную примесь, например, мышьяк, валентность которого на единицу больше чем у основного атома, то возникнет незанятый электрон примеси, способный свободно передвигаться по кристаллу. Это электронная проводимость полупроводника n-типа.

Если же в решетку кремния ввести трехвалентную акцепторную примесь (бор), то носителями тока становятся дырки, и возникает дырочная проводимость. Такой полупроводник называется дырочным (p-типа)

Контакт двух полупроводников, один из которых имеет дырочную, а другой - электронную проводимость, называется электронно-дырочным (или p-n) переходом (рис.1)

Рис.1

p-n переходы лежат в основе работы многих полупроводниковых приборов.

Рассмотрим физические процессы на контакте полупроводников р и n-типа.

Если донорный полупроводник приводится в контакт с акцепторным, электроны из полупроводника n-типа, где их концентрация выше, устремляются в полупроводник р-типа, где их концентрация ниже. При этом в n-типе остается нескомпенсированный положительный заряд ионизованных доноров, а в р-типе - отрицательный заряд ионизированных акцепторов. Эти заряды образуют двойной электрический слой (ДЭС), препятствующий дальнейшему обмену зарядами, а при определенной толщине p-n перехода наступает равновесное состояние, характеризующееся выравниванием уровней Ферми в полупроводниках. Если к p-n переходу приложить внешнее электрическое поле, способствующее движению основных носителей заряда к границе (“+” на р-типе, “-” на n-типе), то толщина контактного слоя уменьшается, уменьшается его сопротивление, и сила тока растет. Это прямая ветвь на ВАХ (рис.2)

Рис.2

При обратном смещении ( “-” на р, “+” на n) основные носители зарядов стремятся удалиться от границы контакта вглубь, возникает запирающий слой. (обратная ветвь на ВАХ рис.2).

Дадим количественную оценку токам, протекающим через р-n переход.

Ток через р-n переход примерно равен числу электронов при температуре Т, способных преодолеть потенциальный барьер на контакте ΔW, и j, вследствие статистики Больцмана , определяется формулой:

(1)

где A=const, ΔW=qV₀, k - постоянная Больцмана.

В равновесии j_прям. = j_обр.

При прямом смещении V потенциальный барьер на контакте понижается, и соответствующий ток, следуя формуле (1), равен (1а):

(1a)

График этой функции приведен на рис.2,

при комнатной температуре =2,6*10^-2B, так что при V~1B, >> 1

(1б)

Однако столь малый обратный ток будет наблюдаться не всегда. При некотором значении обратного смещения V (см. рис.2) он начнет резко расти. Это явление называется электрическим пробоем p-n - перехода, при этом p-n - переход выходит из строя.