Описание установки

Принципиальная схема установки для определения под-вижности представлена на рис. 4.

Образец, представляющий собой p-n переход (солнечная батарея), помещается в камеру для образцов стандартного прибора «Спектроном-204» напротив выходного отверстия для светового пучка. Прибор «Спектроном-204» позволяет получить монохроматический свет в данной зоне от ближ-него инфракрасного света до ультрафиолетового. Установка длины волны производится с помощью ручки, выведенной на переднюю панель прибора.

Освещаемый образец присоединен к чувствительному микроамперметру, фиксирующему значение фототока при той или иной длине волны света. Рядом с установкой на столике расположены графики зависимости мощности излу-чения прибора от длины волны и зависимости коэф-фициента поглощения материала фотоприемника от дли-ны волны . Эти графики используются при расчетах.

Порядок выполнения работы.

Выполнение работы производится в следующей последо-вательности:

1. «Спектроном-204» включается в сеть с помощью тумблера, находящегося в левой нижней части прибора. Никакие ручки прибора, кроме ручки «Wave length» (длина волны), в процессе работы не трогать.

2. Изменяя длину волны падающего излучения с по-мощью ручки «Wave length», снять с помощью микроам-перметра зависимость тока от длины волны.

3. По графику, который расположен рядом с прибором, определить мощность излучения, отвечающую данной дли-не волны.

4. Рассчитать величину в. Построить на мил-лиметровке графики зависимости .

5. Для длин волн иопределить по графику значенияS₁ и S₂ , и по формуле (10) определить диффузионные длины L₁ и L₂. При этом значения ко-эффициента поглощения определяются из графика, рас-положенного на столике рядом с прибором.

6. По формуле (5) найти подвижность носителей. При этом считать температуру и.

7. При расчетах использовать следующие численные значения постоянных:

– заряд электрона:

– скорость света в вакууме:

– 1 электронвольт (1эВ):

– постоянная Больцмана:

– постоянная Планка:

Контрольные вопросы

1. Как образуются валентная зона и зона проводимости в полупроводниках?

2. Что такое собственная проводимость полупроводника?

3. Что такое основные и неосновные носители тока в полупроводниках?

4. Что такое равновесные и неравновесные носители тока?

5. Какими способами можно создать неравновесные но-сители тока в полупроводниках?

6. Каков механизм образования неравновесных носите-лей тока в данной работе?

7. Как определяется физическая величина, называемая «подвижность носителей тока»?

8. От каких параметров зависит среднее время жизни носителей тока?

9. От каких параметров зависит среднее время между столкновениями электрона?

10. Как определяется физическая величина называемая “диффузионная длина носителей тока в полупроводниках”?

11. В чем состоит фотовольтаический эффект?

12. Какие существуют фотовольтаический явления в полупроводниках?

13. Как определяется коэффициент поглощения света в телах?

14. Что такое собственное поглощение света полупро-водниками и примесное поглощение?

15. Какое практическое применение находят приборы на основе фотовольтаического эффекта?

16. Из графика – зависимости коэффициента по-глощения света от длины волны, выдаваемой при проведе-нии лабораторной работы, видно, что коэффициент погло-щения резко увеличивается при уменьшении длины волны света. Чем объясняется такая зависимость ?

17. Из того же графика (см. предыдущий вопрос) сле-дует, что коэффициент поглощения уменьшается при уве-личении длины волны. Будет ли при некоторых длинах электромагнитных волн кристалл кремния почти прозрачен?

18. Из графика зависимости – мощности из-лучения от длины волны излучения, видно, что мощность излучения увеличивается с увеличением длины волны. Чем объясняется такая зависимость ? График вывешен рядом с лабораторной установкой; он используется при вычислении чувствительности фотоэлемента.

19. Во время выполнения лабораторной работы вышла из строя лампа накаливания и ее заменили новой лампой той же серии. Какую поправку нужно внести в измерения, чтобы не исказились результаты измерений?

20. Во время выполнения лабораторной работы вышла из строя лампа накаливания и ее заменили новой лампой с другим током накаливания. Какие действия следует произвести, чтобы продолжить измерения?

21. Как влияет на точность измерений изменение шири-ны щели спектронома?

22. Можно ли в процессе работы изменить ширину щели и далее продолжить измерения с новым значением ширины щели спектронома?

23. Ширину щели спектронома увеличили в 2 раза. Во сколько раз изменится ток фотоэлемента?

24. Чем определяется максимальное значение ЭДС, воз-никающей при освещении области p-n перехода?

25. Во сколько раз изменится ток фотоэлемента, если мощность облучения увеличить в 2 раза при той же длине волны?

26. Во сколько раз изменится ток фотоэлемента, если мощ-ность облучения увеличить в 2 раза и длину волны тоже увеличить в 2 раза?

27. Во сколько раз изменится ток фотоэлемента, еслимощ-ность облучения увеличить в 2 раза, а длину волны умень-шить в 2 раза?

28. Какова полярность выводов фотоэлемента для схем, приведенных на рисунках?

Здесь Ф – обозначение светового потока, облучающего фотоэлемент.

29. Зависит ли точность измерения подвижности носи-телей по методу, использованному в данной работе, от мощности облучения?

30. Для измерения тока в цепь фотоэлемента необходимо включить нагрузку. Что является нагрузочным сопротив-лением в данной лабораторной работе? Как зависит точ-ность измерений от сопротивления нагрузки?