ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2025
Просмотров: 2163
Скачиваний: 2
Контрольные вопросы
Дайте определение основным характеристикам теплового излучения.Расскажите о з аконе Кирхгофа и поглощательной способности тел.Приведите основные з аконы теплового излучения: Стефана- Больцмана и Вина.Расскажите о функции Планка и ее приближении, справедливом приТ <3000К и X<1000 нм.Приведите определения и з начения первой и второй радиационных постоянных (констант излучения).Расскажите о применении оптической пирометрии.Объясните принцип работы оптического пирометра с исчез ающей нитью.
ЛАБОРАТОРНАЯ
РАБОТА № 3.10 ВЕНТИЛЬНЫЙ ФОТОЭФФЕКТ И
СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАМП
НАКАЛИВАНИЯ
Цель
работы: изучение свойств теплового
излучения, оз накомление с вентильным
фотоэффектом в полупроводниках и
измерение с его помощью спектральной
плотности теплового излучения в части
ближнего инфракрасного и видимого
диапаз онов.
Приборы1
и принадлежности: панель со светодиодами,
мультиметр, лампа накаливания на
напряжение 12 В с блоком питания, з
еркальная лампа накаливания на напряжение
220 В с регулятором силы свечения,
оптический пирометр.
Литература:
[1, §§ 197, 200, 201], [2-6],[10, Т.3], [17].
План
работы1:.
И учение основных свойства светодиодов.И учение вентильного фотоэффекта в полупроводниках.И учение спектральной плотности и лучения ламп накаливания.И мерение световой характеристики светодиодов.Определение температуры нити накала лампы.Работа с компьютерными моделями излучения черного тела.
Основные свойства светодиодов
В
настоящее время полупроводниковые
светодиоды и лаз еры (см. работу
стали распространенными1источниками видимого и инфракрасного излучения. Инфракрасное (ИК) излучение (от лат.infra— под, ниже) — электромагнитное излучение, невидимое глаз ом, которое обнаруживается за красной частью призматического спектра. Инфракрасные лучи имеют длины волн от 0,76 до 2000 мкм и анимают на шкале электромагнитных волн спектральную область между красной границей видимого и лучения и ультракороткими радиоволнами (длины волн порядка 1 мм). Обычно инфракрасное и лучение условно ра деляют на ближнюю (0,76-2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далекую (50-2000 мкм) области.
Источниками
инфракрасного излучения являются все
нагретые тела. Все отопительные
устройства также являются источниками
инфракрасных лучей и вызывают нагревание
тел, которые поглощают эти лучи. Мощными
ИК- источниками являются Солнце (на
инфракрасную область приходится 50%
мощности его излучения), лампы
накаливания (на инфракрасное излучение
приходится от 70 до 80%мощности), дуговые
и газоразрядные лампы.
Основной
структурной ячейкой диодов и других
полупроводниковых электронных приборов
является р-п-переход - контакт областей,
где основными носителями з аряда
являются дырки и электроны. Дыркой
называют нез аня- тое электроном
вакантное место в ковалентной связи
между соседними атомами. Эта дырка
может з аполняться электроном из других
ковалентных связ ей и тогда нехватка
одного электрона будет уже в других
атомах. Так дырка постоянно и
беспорядочно перемещается по кристаллу,
перенося положительный а- ряд, численно
равный заряду электрона. Р-п-переходом
называют границу областей с
преобладанием положительных (Positive)
дырок
и отрицательных (Negative)
электронов.
Р-п-переход обладает односторонней
проводимостью, поэтому диоды - устройства
с одним р-п-переходом, применяемые для
выпрямления электрического тока,
на ывают также вентилями.
При
встрече свободного электрона с дыркой
они рекомбинируют, и их движение
прекращается. При рекомбинации электрона
и дырки выделяется энергия и может
происходить и лучение света. В светодиодах
и полупроводниковых ла ерах со даются
условия для высокой вероятности
рекомбинации и получения начительного
выхода световой энергии. Ряд материалов,
исполь- уемых для генерации света в
видимой и инфракрасной областях спектра,
представлены в табл. 10.1. Наиболее
часто они построены на основе арсенида
галлия GaAs.
Таблица 10.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Спектры
и лучения выпускаемых промышленно
светодиодов пока аны на рис.10.1. Спектры
излучения двух используемых в работе
светодиодов пока- аны на рис. 10.2.
|
|
р' |
|
Z |
1Л |
|
|
|
|||||
|
|
LTJ СО |
Рч |
цЛ lCi |
ы> |
|
1*9 |
|
|||||
|
г |
а Он |_Г: а-’ |
хп ■го о я |
сп‘ ей 1Л о |
rt 1 о < 1-0 |
о п Ы |
< < |
|
|||||
|
(X О- |
to < |
Ufa V а |
ЕО с |
О |
А- |
со 1=7 |
< |
|||||
|
cd -я |
|
« |
|
■ЕЧ |
СЭ |
пЗ |
|
|||||
|
о |
а |
О |
а |
а |
О |
О |
||||||
О
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
(з: |
|
_о |
|
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
з: |
|
|
|
|
! X |
|
|
|
3. |
ГТ5 |
|
ев |
>яг |
;<IS |
|
■=: |
и» |
Га! |
О- |
|
О |
|
с; |
|
ап |
|
<L> |
О |
|
► Ч |
X U- |
ш | w |
|
п f о |
г: CD |
* X |
а 3= |
|
о |
1 03 |
|
i~ |
Я |
|
о |
|
|
|
|
X |
Г? |
|
|
сх |
rt |
|
■е |
|
з: О |
|
Qi * |
|
о |
еь. ч |
U
и
is.
:
I.G мкм
нрасный
Сли жний ИК-диапаэон
Рис.
10.1. Спектры излучения наиболее
распространенных светодиодов [10,Т.3]
Вентильный фотоэффект в полупроводниках
Облучение
светом поверхности полупроводникового
материала вызывает два вида фотоэффекта:
внешний и внутренний (см. также работу
3.11). При внешнем фотоэффекте, называемом
также фотоэлектронной эмиссией,
электроны вылетают с освещенной
поверхности. Внутренний фотоэффект -
вырывание электрона из атома или
молекулы наз ывают фотоиониз ацией.
Такой процесс в твердых телах приводит
к возникновению в них свободных носителей
з аряда
- электронов. В полупроводниках световые
кванты - фотоны, поглощаются с образ
ованием пары электрон-дырка. При
облучении светом р-п-перехода может
происходить внутренний фотоэффект,
при котором фотоны поглощаются с
образованием пары электрон-дырка. Под
действием электрического поля, имеющегося
в области р-п-перехода, электроны из
р-области будут переходить в n-область,
а дырки, наоборот, в p-область.
Эти потоки через р-п-переход будут
больше обратных потоков, в результате
создается фото-э.д.с. (вентильный
фотоэффект). На выводах диода между р-
и п- областями образуется разность
потенциалов.
rp *s*
I
аков принцип действия солнечных
элементов .
Рис.
10.2. Спектры излучения красного (а) и
инфракрасного (б) светодиодов
Вентильный фотоэффект в светодиодах и полупроводниковых детекторах [7] используется также для регистрации излучения (видимого, инфракрасного, рентгеновского, гамма-излучения) и быстрых электронов. Селективная (избирательная) чувствительность светодиодов к определенным узким интервалам длин волн позволяет анализировать (приближенно) спектральный состав излучения без пространственного разделения светового пучка с помощью призм и дифракционных решеток (см. работы 3.5, 3.6).
Массовое производство солнечных элементов начнется в 2011 г. в г. Чебоксары на крупнейшем заводе тонких солнечных пленок (на базе ОАО “Химпром”), см. http://energyland.info/news-show-38047, http://www.promti.ru/trub/b06/8, http://www.giprosintez.ru/News/2008/08-10-16.html,