Описание лабораторной установки. Исследование оптических свойств полупроводника

Исследование оптических свойств полупроводника

Лабораторная работа №4

Вопросы для допуска к работе

1. Что является признаком пробоя p-n перехода?

2. Какие виды пробоя могут наблюдаться в p-n переходах?

3. Какие виды пробоя исследуются в лабораторной работе?

4. На одном графике построить обратные ветви вольтамперных характеристик p-n переходов с лавинным и туннельным видами пробоя.

5. Объяснить порядок и методику выполнения работы.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем принципиальное отличие электрического от теплового вида пробоя p-n перехода?

2. Назвать и объяснить условия, при которых в p-n переходе возникает лавинный вид пробоя. Какие полупроводники используются для изготовления таких переходов?

3. Объяснить механизм увеличения обратного тока в p-n переходе при лавинном пробое с точки зрения зонной модели или модели ковалентной связи полупроводника.

4. Объяснить возникновение туннельного эффекта в p-n переходе.

5. Назвать и объяснить условия, при которых в p-n переходе возникает туннельный вид пробоя. Какие полупроводники используются для изготовления таких переходов?

6. Объяснить механизм увеличения обратного тока в переходе при туннельном пробое, используя зонную модель p-n перехода.

7. Как влияет температура на величину пробивного напряжения p-n перехода при лавинном виде пробоя?

8. Как влияет температура на величину пробивного напряжения p-n перехода при туннельном виде пробоя?

Целью лабораторной работы является изучение влияния освещенности на проводимость полупроводника. Исследования проводятся на базе фоторезистора, для которого снимаются вольтамперные характеристики при нескольких значениях освещенности и его световая характеристика.

Рис. 20. Лабораторная установка для исследования оптических свойств полупроводника

а – общий вид установки; б – объединительная плата

На рис. 20, а показана лабораторная установка для исследования влияния освещенности на электрическую проводимость полупроводника. С этой целью снимаются вольтамперные характеристики фоторезистора ФСК-6 при разных значениях освещенности. Здесь фоторезистор ФСК-6 выступает в роли исследуемого полупроводника. Вместе с источником излучения (группой светодиодов высокой яркости) он располагается в модуле А2, где они изолированы экраном от влияния внешнего освещения. Для снятия вольтамперных характеристик используется источник питания фоторезистора GVA1, мультиметр в режиме микроамперметра PA1, мультиметр в режиме вольтметра PV1 и объединительная плата А1 с разъемами для подключения измерительных приборов и фоторезистора. На увеличенной фотографии объединительной платы (рис. 20, б) они обозначены: XA1 – разъем амперметра, XV2 – разъем вольтметра, ХS1 – разъем для подключения фоторезистора. Для подключения измерительных приборов к объединительной плате А1 служат кабели ЕХ1, ЕХ2, для подключения фоторезистора – кабель ЕХ3. Н

Изменение освещенности рабочего окна фоторезистора осуществляется путем изменения яркости светодиодного излучателя. С этой целью в установке используется источник питания GVA2. С помощью его регулировок «VOLTAGЕ» (плавно и грубо) изменяется напряжение на излучателе, а, значит и его яркость.

Значения освещенности фоторезистора в данной лабораторной работе рассчитывают, используя показания индикатора GVA2, по формуле

Е = (N – 3,4)∙ К,

где Е – освещенность в люксах, N – показания правого индикатора источника GVA2, а К – коэффициент соответствия показаний индикатора N и освещенности рабочей зоны фоторезистора Е. Формула верна при условии, что N ≥ 3,4.

Для определения численного значения коэффициента К была исследована характеристика блока излучателя с использованием источника питания №1363083. При этом получено К = 2,63. В случае использования другого источника питания необходимо вновь провести исследования характеристики блока излучателя и получить новое значение коэффициента соответствия К.

Примечание. Чтобы во время работы предотвратить выход излучателя из строя, необходимо ограничить ток источника. Для этого перед началом измерений установить ручки регулировки напряжения источника GVA2 в крайнее правое положение. После этого, вращая ручки регулировки тока (плавную и грубую), довести предел ограничения по току до уровня 250 мА (на индикаторе тока должна быть цифра 0,25) и оставить их в таком положении на все время измерений. Ручки регулировки напряжения вернуть в крайнее левое положение.

б

0 – 2 мА

0 – 20 В

а

Рис. 21. Электрическая схема для исследования оптических свойств полупроводников

а – цепь для снятия вольтамперных характеристик фоторезистора; б – цепь управления яркостью излучателя

На рис. 21 представлена упрощенная электрическая схема исследования оптических свойств полупроводников, которая состоит из двух независимых цепей (а и б), электрически не связанных между собой. Цепь а предназначена для снятия вольтамперных характеристик фоторезистора. Рядом с измерительными приборами PV1 и PA1 проставлены рекомендуемые пределы измеряемых величин. Цепь б служит для управления яркостью излучателя. Обе цепи связаны между собой оптической связью, имеющей место в модуле А2, показанном пунктиром в схеме на рис. 21, где R2 – фоторезистор, VD1 – cветодиодный излучатель.

Задания на лабораторную работу

Задание 1. Снять семейство вольтамперных характеристик фоторезистора для нескольких, например, пяти, постоянных значений освещенности в виде I = f (U) при N = сonst (исключение составляет первая из характеристик при Е = 0). Значения N 1, N 2… N 5 устанавливать ручками регулировки «VOLTAGЕ» на правом индикаторе источника GVA2, соблюдая условие 27> N 5> N 4>…> N 1>3,4. Шаг измерений устанавливать постоянный, если это возможно. Результаты измерений занести в таблицу 6.

Таблица 6

E = 0	N 1	N 2	N 3	N 4	N 5
U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА	U, В	I, мкА

Задание 2. По данным таблицы 6 построить графики вольтамперных характеристик фоторезистора, предварительно пересчитав по формуле значения N в освещенность Е, в люксах. На первом графике построить семейство ВАХ при Е ≠ 0, на втором – ВАХ при Е = 0 в подходящем масштабе оси тока.

Задание 3. Снять зависимость тока от величины освещенности при постоянном напряжении на фоторезисторе. Для этого изменять значения N от 3,4 до 27 ручками регулировок «VOLTAGЕ» на источнике GVA2 и фиксировать значения тока по прибору РА1. Пересчитать значения N в значения освещенности в люксах и результаты измерений занести в таблицу 7.

Таблица 7

U = const
E, лк
I, мкА

Задание 4. По данным таблицы 7 построить график зависимости тока от величины освещенности фоторезистора при постоянном значении напряжения на фоторезисторе. Объяснить поведение характеристики с точки зрения процессов, происходящих в полупроводнике.

Дата добавления: 2014-10-17