ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

«Внутрішній фотоефект у напівпровідниках».

Мета роботи: експериментально встановити залежність опору напівпровідника від величини падаючого на нього потоку електромагнітного випромінювання та визначити чутливість фото резистора.Прилади та обладнання: напівпровідниковий фото резистор ФСД-Г2, джерело світла (лампа), мікроамперметр та вольтметр постійного струму, джерело, що регулюється, постійної напруги (0-15В) , джерело напруги (6,3В).

Методика експерименту. Схема лабораторної установки

Світло від лампочки накалювання Л падає на фото резистор, змінюючи його опір. За допомогою вольтметру вимірюється напруга на фото резисторі, яка може змінюватись від 0 до 15В. Мікроамперметр вимірює силу струму, що проходить через фото резистор. При збільшенні падаючого світлового потоку опір шунта Rш підключається тумблером SA1 і максимальний струм, що вимірюється становить Imax=5 мА. При відключенні Imax= I мА. Падаючий світловий потік Фп можна зменшувати, збільшуючи відстань від лампи до фото резистора. Його величина розраховується

cosr

SIФп

де I- сила світла лампи, S=28 mm–площа світлочутливого шару фото резистору, α=0 –кут між напрямком світлового потоку та нормальною до світлочутливої поверхні, r –відстань між лампами до фото резистора визначається по шкалі.Можна визначити величину падаючого світлового потоку

rr r

SIФп

2

66

2

11012

102843,0cos

№ r(m) I(A) U(B) Rф Фп310 310

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

3,01

2,4

2

1,8

1,6

1,5

1,3

1,2

1,2

1,1

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

10

№

1.

2.

3.

4.

5.

7.

8.

9.

10.

6.

r(m) U(B) I(A)

1.

2.

3.

4.

5.

7.

8.

9.

10.

6.

0,2

0,2

0,3

0,5

0,7

0,9

1,2

1,1

1,3

1,4

0,5

Розрахунки:

52

1010 3

3

Rô

32,301,3

1010 3

1

Rô

5,58,1

1010 3

4

Rô

Iô

URô

16,44,2

1010 3

2

Rô

25,66,1

1010 3

5

Rô

6,65,1

1010 3

6

Rô

7,73,1

1010 3

7

Rô

3,82,1

1010 3

8

Rô

3,82,1

1010 3

9

Rô

09,91,1

1010 3

10

Rô

1.

2. cosr

SIФп

66

2 10360,302,0

10284,2

Ôn

66

1 10428,801,0

102801,3

Ôn 66

6 1070006,0

10285,1

Ôn

66

5 1089605,0

10286,1

Ôn

66

3 10866,103,0

10282

Ôn

66

4 10260,104,0

10288,1

Ôn

66

7 1052007,0

10283,1

Ôn

66

8 1042008,0

10282,1

Ôn

66

9 103,37309,0

10282,1

Ôn

66

10 1030810,0

10281,1

Ôn

Контрольні питання.1. Що називається фотоефектом?

Фотоефект - явище, «звільнення» електронів твердого тіла від зв'язків усередині атома під дією електромагнітного випромінювання.

Електрони, що вилітають із речовини при зовнішньому фотоефекті, називаються "фотоелектронами ", а електричний струм, який утворюється ними при упорядкованому русі у зовнішньому електричному полі, називається "фотострумом.

Види фотоефекту: 1) зовнішній фотоефект (фотоелектронна емісія) - випромінювання

електронів з поверхні твердого тела під дією світла, гамма - випромінювання і т. і. (відкритий Г. Герцем у 1887, пояснений Ейнштейном);

2) внутрішній фотоефект – перерозподіл електронів за енергетичними станами в твердих та рідких напівпровідниках та діелектриках, який спричиняється світлом. Він проявляється у зміні концентрації носіїв струму у середовищі і призводить до виникнення фотопровідності;

3) вентильний фотоефект - збудження світлом ЕРС на межі поділу метал - напівпровідник або між різнорідними напівпровідниками. При вентильному фотоефекті фотоелектрони виходять через поверхню поділу з одного тіла в інше.

2. Рівняння Планка та Енштейна.

Енергія фотона по Планку визначається так званою формулою Планка: Рівняння Планка має вигляд:h- стала Планкаν - частота світлаЕнергію фотона речовина повістю поглинає або повністю випромінюють.

Ця величина неділима. Енергія фотона по Енштейну:2сmE фф 2сmhv ф

Імпульс фотона можна визначити:c

hc

c

hсmp фф

2

Це рівняння називається рівнянням Ейнштейна. Робота Ейнштейна мала велике значення для розвитку ідей квантової механіки взагалі та квантової оптики зокрема.Для виконання повного фотоефекту енергій фотона поглинаються електроном, що дає йому можливість виконати роботу виходу за межі речовини та надати йому енергії необхідної для проходження від катода до анода.

3. Де застосовуються фоторезистори?

Завдяки простоті і надійності, високій чутливості і малим розмірам фоторезистори знаходять широке застосування в приладобудуванні і технології виробництва. Їх використовують як фотоелектричні перетворювачі вимірювальних пристроїв, фотоелектричні реле, регуляторів і т.п.

Фотоелектричні реле на основі фоторезисторів використовуються для захисту від травмування рук робітників, обслуговуючих штампувальні преси з електропневматичним управлінням, в охоронних пристроях для захисту ділянок території від проникнення сторонніх осіб, для контролю розмірів, кольору і якості поверхні різних виробів, для лічби деталей на конвеєрі і т.п.

№ r(m) I(A) U(B) Rф Фп310 310

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

3,01

2,4

2

1,8

1,6

1,5

1,3

1,2

1,2

1,1

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

10 3,32

4,16

5

5,5

6,25

6,6

7,7

8,3

8,3

9,09

8,428

610

3,360

1,866

1,260

896

700

520

420

373,3

308