Файл: laby_2_semestr_fizika.pdf

216 

R

1

G

,  

  (12.18) 

и связана с удельной электропроводностью   соотношением 

L

S

G

, 

где S – площадь поперечного сечения, L   длина полупроводника. 

Соответственно  зависимость  электропроводности  полупроводника 

от температуры будет иметь вид 

kT

2

E

exp

С

G

i

. 

  (12.19) 

Анализировать  температурную  зависимость  электропроводности  G 

полупроводника  удобно  с  помощью  графика,  построенного  в 
полулогарифмическом  масштабе,  как  показано  на  рис.12.21. 
Логарифмируя 

формулу 

(12.19), 

получаем 

прямолинейную 

зависимость 

)

T

1

(

f

G

ln

T

1

k

2

E

C

ln

G

ln

i

.     (12.20) 

Выбрав  на  графике  две 

произвольные 

точки, 

можно 

вычислить  угловой коэффициент 

k

2

E

A

i

полученной 

зависимости 

2

1

2

1

T

1

T

1

G

ln

G

ln

A

.        

(12.21) 
Тогда  величина  энергии  ионизации  примесей  определится  по 

формуле 
 

kA

2

E

i

. 

  (12.22) 

Экспериментальная установка 

Для  исследования  зависимости  электропроводности  примесного 

полупроводника  от  температуры  предназначена  экспериментальная 
установка, общий вид которой приведен на рис.12.22. 

Роль  нагревателя  выполняет  керамическое  сопротивление  печи  3, 

на которое подается напряжение 12 В. Температура в печи измеряется 
термометром 2. 

lnG 

lnG

2

lnG

1

Рис. 12.21 

2

Т

1

1

Т

1

Т

1

217 

Сопротивление  полупроводника  1  измеряется  с  помощью  моста 

сопротивлений  Уинстона.  Измерения  проводятся  сначала  в  прямом 
направлении  –  при  нагревании  печи,  а  затем  в  обратном  –  при 
остывании. 

Порядок выполнения работы 

1. Открыть мост сопротивлений и установить: 

а) рукоятки  гнезд  магазина  сопротивлений  на  ―0‖,  множитель  –  в 
положение ―1:1‖; 
б) кнопки: батареи – в положение ―В‖ (внутренняя), гальванометра – в 
положение  ―ГВ‖  (гальванометр  внутренний),  образца  –  в  положение 
―И‖ (исследуемый). 

2. Записать в табл.12.7 значение температуры t по термометру. 

Таблица 12.7 

№ 

п.п. 

t 
С 

Т 

К 

1/Т 

К

–1

R 

Ом 

G 

Ом

–1

lnG 

– 

Е

i 

Дж 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

Рис. 12.22 

вкл.

мост 

сопротивлений 

3 

2 

1 

12 В

218 

3. Измерить 

сопротивление  полупроводника  при  комнатной 

температуре. Для этого: 
а) нажать кнопку ―грубо‖ гальванометра и рукояткой ―1000‖ подобрать 
сопротивление,  при  котором  стрелка  гальванометра  стремится  к 
нулевому значению тока (баланс моста); 
б) нажать кнопку ―точно‖ и остальными рукоятками подобрать точное 
значение измеряемого сопротивления, при этом стрелка гальванометра 
должна установиться точно на ―0‖. 

По  показаниям  рукояток  магазина  сопротивлений  записать 

полученное значение R в табл.12.7. 

4. Тумблером включить нагрев печи и повторить измерения по п.п. 

3,4 для значений температуры через каждые 10 С до 120 С. 

5. Отключить установку от сети. 
6. Перевести 

значения  температуры  в  абсолютную  шкалу 

273

t

T

 и рассчитать  T

1

. 

7. По  формуле  (12.18)  найти  значения  электропроводности  G  при 

различных температурах полупроводника и рассчитать lnG. 

8. Построить  график 

)

T

1

(

f

G

ln

,  где  по  оси  абсцисс  нанести 

значения  T

1

, а по оси ординат – lnG. Провести усредняющую прямую 

(см рис.12.21). 

9. Выбрать  на  прямой  две  произвольные  точки  и  согласно 

формулам  (12.21)  и  (12.22)  рассчитать  значение  энергии  ионизации 
примесей  Е

i

. 

Контрольные вопросы 

1. Какова 

зависимость 

электропроводности 

примесного 

полупроводника от температуры? 

2. Как работает мост Уинстона? 
3. Каким  образом  в  работе  определяется  энергия  ионизации 

примесей исследуемого полупроводника? 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 136/137 

Определение чувствительности 

фотоэлемента     и фотосопротивления 

Цель  работы:  определение  интегральной  чувствительности 

фотоэлемента  с  запирающим  слоем  и  удельной  чувствительности 
фотосопротивления. 

219 

Методика измерений 

Селеновый 

фотоэлемент 

(лаб. 

работа  №136)  с  запирающим  слоем 
имеет 

следующее 

устройство 

(рис.12.23). 

Железная 

пластинка, 

служащая 

первым 

электродом, 

покрывается  слоем  кристаллического 
селена, 

обладающего 

р–

проводимостью. 

На 

поверхность 

селена  наносится  тонкий  слой  n–
полупроводника 

(А–А). 

Вторым 

электродом служит полупрозрачный слой золота.  

Свет проходит через тонкий слой золота и попадает в область р–n 

перехода,  образующегося  между  n–полупроводником  и  селеном. 
Наблюдается  вентильный  фотоэффект  (фотоэффект  запирающего 
слоя), в результате которого через гальванометр Г течет ток.  

Рассмотрим подробнее это явление. 

В  отсутствии  освещения  р–n  переход 
находится  в  равновесном  состоянии. 
Под  действием  света  в  р–  и  n– 
областях 

появляются 

добавочные 

основные  и  неосновные  носители 
заряда  (электрон–дырка,  как  показано 
на  рис.  12.2).  При  этом  неосновные 
носители 

для 

каждой 

области 

подхватываются контактным полем р–n перехода и перебрасываются в 
другую область (см. рис.12.24). Вследствие этого р–область заряжается 
положительно, а n–область – отрицательно. 

Если фотоэлемент подключить к внешней нагрузке, то в ней будет 

течь  ток,  обусловленный  движением  неосновных  носителей  заряда, 
который  увеличивается  с  увеличением  освещенности  поверхности 
фотоэлемента. 

Интегральной 

чувствительностью фотоэлемента 

называется 

отношение  фототока  i  к  световому  потоку,  падающему  на 
светочувствительную поверхность: 

i

. 

  (12.23) 

Здесь Ф – световой поток, единицы измерения светового потока [Ф] = 1 
люмен (лм). 

А

Рис. 12.23 

Свет 

А

селен

золото

железо

Г

k

E



Рис. 12.24 

n 

р 

220 

Пусть свет от точечного источника тока 

P  падает  на  поверхность  фотоэлемента 
площадью  S  (рис.12.25).  Сила  света 
источника  J  кандел.  Тогда  на  поверхность 
фотоэлемента, 

находящегося 

на 

расстоянии d, падает световой поток  

J

,                                (12.24) 

где 

2

d

S

– телесный угол, под которым 

видна поверхность S из точки Р. 

Формулу (12.24) можно записать в виде 

2

d

JS

. 

  (12.25) 

Тогда  согласно  (12.23)  интегральная  чувствительность  фотоэлемента 
равна 

JS

id

2

.                 

  (12.26) 

Фотосопротивление  (лаб.  работа  №137) 

состоит  из  светочувствительного  слоя 
полупроводника  2  толщиной  около    1 мкм, 
нанесенного  на  стеклянную  пластину  1 
(рис.12.26). На поверхность полупроводника 
наносятся 

электроды 

2, 

обычно 

выполняемые 

из 

золота. 

Светочувствительная 

поверхность 

заливается  толстым  слоем  прозрачного  лака.  Фотосопротивление 
монтируется в пластмассовом корпусе. 

Под действием света собственная проводимость чистого полупроводника 

возрастает за счет появления свободных носителей заряда: электронов 
в зоне проводимости и дырок в валентной зоне (рис.12.2). Следовательно, 
при подключении внешнего напряжения u в цепи будет течь ток.  

Интегральную  чувствительность  фотосопротивления  можно  также 

определить  по  формуле  (12.26).  Но,  в  отличие  от  фотоэлементов  с 
запирающим  слоем,  у  фотосопротивлений  величина  фототока  зависит 
не только от освещенности, а и от приложенного напряжения. Поэтому 
для 

характеристики 

их 

качества 

применяют 

удельную 

чувствительность  .  Удельной чувствительностью  фотосопротивления 
называется  отношение  его  интегральной  чувствительности  к 
приложенному напряжению 

Рис. 12.25 

d 

S 

Р 

Рис. 12.26 

1 

2 

3 

Свет