ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9466
Скачиваний: 23
221
u
.
(12.27)
С учетом формулы (12.26) получаем
JSu
id
2
.
(12.28)
Фотопроводимость
полупроводниковых
фотоэлементов
и
фотосопротивлений значительно выше, чем у фотоэлементов,
основанных на внешнем фотоэффекте.
Экспериментальная установка
Для
определения
чувствительности
фотоэлемента
и
фотосопротивления предназначена экспериментальная установка,
общий вид которой приведен на рис.12.27.
На оптической скамье 3 размещаются: фотоэлемент с запирающим
слоем 1, фотосопротивление 2 и источник света 4 – лампа накаливания.
Подключение
к
измерительным
приборам
фотоэлемента
и
фотосопротивления осуществляется соответствующими тумблерами.
Перемещая лампу 4, можно изменять расстояние d от фотоэлемента
до лампы, которое измеряется по шкале на оптической скамье 3.
Фототок измеряют микроамперметром 6. Напряжение на
фотосопротивлении изменяют с помощью переменного сопротивления
R и измеряют вольтметром 5.
Рис. 12.27
6
5
ф.элем.
ф.сопр.
.
выкл
12В
вкл
d
4
2
3
1
R
А
V
222
Параметры установки:
радиус светочувствительной поверхности фотоэлемента R = 0,018 м,
площадь поверхности фотосопротивления S = 35 10
–6
м,
сила света лампы J = 25 Кд.
Порядок выполнения работы
Упражнение 1.
Определение интегральной чувствительности
фотоэлемента с запирающим слоем.
1. Установить лампу 4 на расстоянии d = 0,8 м от фотоэлемента 1
(рис.12.27).
2. Подключить лампу к сети 220 В.
3. Открутив стопорный винт, опустить фотосопротивление 2, как
показано
на
рис.12.27,
чтобы
оно
не
загораживало
светочувствительную поверхность фотоэлемента 1. Открыть крышку
фотоэлемента.
4. Установить переключатель ―фотоэлемент‖ в положение ―вкл‖, а
переключатель ―фотосопротивление‖ в положение ―выкл‖.
5. Измерить фототок микроамперметром 6 и записать полученное
значение в табл.12.8.
6. Повторить измерения для расстояний от фотоэлемента до лампы
d = 0,9; 1,0; 1,1; 1,2 м.
7. Закрыть крышку фотоэлемента.
8. Подсчитать
площадь
светочувствительной
поверхности
фотоэлемента S = R
2
. По формуле (12.26) вычислить интегральную
чувствительность фотоэлемента для каждого расстояния.
Таблица 12.8
№
п.п.
d
м
i
мкА
мкА/лм
мкА/лм
1
0,8
2
0,9
3
1,0
4
1,1
5
1,2
9. Определить среднее значение интегральной чувствительности
для всех измерений.
Упражнение 2.
Определение удельной чувствительности фотосопротивления.
223
1. Поместить лампу на расстоянии 30 – 40 см от фотосопротивления
2 (рис.12.27).
2. Поднять
фотосопротивление
2
так,
чтобы
его
светочувствительная поверхность располагалась на одной горизонтали
с лампой 4.
3. Подключить установку к сети 12 В и замкнуть цепь тумблером.
4. Установить переключатель ―фотоэлемент‖ в положение ―выкл‖, а
переключатель ―фотосопротивление‖ в положение ―вкл‖.
5. С помощью регулируемого сопротивления R установить
напряжение u = 1 В. При этом необходимо учесть цену деления
вольтметра 5. Цена деления определяется по формуле
N
u
u
max
0
,
где u
max
– предел измерения вольтметра (написан на вольтметре), N –
общее число делений шкалы вольтметра. (Чаще всего в работе
применяется вольтметр с u
max
= 15 В и N = 75 делений, тогда цена
одного деления
B
2
,
0
75
15
u
0
).
6. Измерить по микроамперметру 6 величину фототока i и
результаты измерений занести в табл.12.9.
Таблица 12.9
№
п.п.
u
В
i
мкА
мкА/(лм В)
мкА/(лм В)
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
10
7. Повторить измерения по п.п.5,6, увеличивая напряжение u через
1 В до значения 10 В.
8. Построить зависимость фототока от приложенного напряжения i = f(u).
9. По формуле (12.28) вычислить удельную чувствительность
фотосопротивления и определить среднее значение
для всех
измерений.
10. Отключить установку тумблером и отсоединить лампу от сети.
224
Контрольные вопросы
1. Что называется интегральной чувствительностью фотоэлемента?
2. В чем заключается вентильный фотоэффект?
3. Что такое удельная чувствительность фотосопротивления?
4. Опишите принцип работы фотосопротивления.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 170
Определение концентрации и подвижности
носителей заряда в полупроводниках
Цель работы: измерение концентрации и подвижности носителей
заряда в полупроводниках различного типа.
Методика измерений
Концентрация носителей заряда в полупроводниках и металлах и их
знак могут быть определены с помощью эффекта Холла.
Пусть по проводнику или полупроводнику, имеющему форму
прямоугольного параллелепипеда, протекает ток i. Поместим образец
во внешнее магнитное поле, вектор магнитной индукции которого
направлен перпендикулярно направлению тока и боковым граням
образца (рис.12.28). Тогда между электродами, касающимися верхней
и нижней грани образца, возникнет разность потенциалов
х
.
Она обусловлена силой Лоренца
л
F
(7.10), действующей на
элементарный заряд е, движущийся в магнитном поле индукцией В
со
скоростью
v
:
]
B
v
[
e
F
л
,
(12.29)
или в скалярной форме
evB
F
л
.
л
F
v
л
F
B
Рис. 12.28
б)
b
a
а)
i
v
B
i
b
a
225
Эта сила в будет смещать заряд любого знака к верхней грани
образца (см. рис.12.28 а,б). Следовательно, знак холловской разности
потенциалов зависит от знака заряда. Смещение зарядов будет
происходить до тех пор, пока возникающая электрическая сила
отталкивания
eE
F
не уравновесит силу Лоренца
evB
eE
.
(12.30)
Следовательно, получаем
vB
E
.
(12.31)
Скорость v движения отдельных зарядов величиной e связана с
плотностью тока j соотношением
nv
e
j
,
(12.32)
где n – концентрация носителей заряда.
Из формул (12.31)–(12.32) имеем
B
n
e
j
E
.
(12.33)
С другой стороны, для однородного электрического поля
напряженность Е и разность потенциалов
х
связаны соотношением
a
E
x
,
(12.34)
где a – высота образца.
Тогда
aB
n
e
j
x
.
(12.35)
Плотность тока j по определению равна
ab
i
S
i
j
.
(12.36)
Здесь S = ab – площадь поперечного сечения образца.
Подставляя (12.36) в (12.35), окончательно получаем
b
Bi
R
b
Bi
n
e
1
x
x
.
(12.37)
Величина
n
e
1
R
x
называется постоянной Холла. При более
точном расчете значения R
х
для металлов и полупроводников
различаются:
для металлов