Теоретичні дані. Вивчення внутрішнього фотоефекту

Лабораторна робота № 69

Вивчення внутрішнього фотоефекту

Прилади та обладнання Лампи потужністю 25 Вт, фоторезистор (типу ФР - 765), міліамперметр постійного струму на 10 мА, вольтметр постійного струму на 50 В.

Явище фотопровідності в зміні провідності напівпровідника під дією випромінювання. В основі фотопровідності є внутрішній фотоелектричний ефект - перехід електронів із зв'язаних станів у вільні при поглинанні квантів випромінювання.

Пояснення ефекту провідності можливе при використанні зонної діаграми напівпровідника. Енергетичні рівні валентних електронів в напівпровіднику утворюють валентну зону (рис. 1), яка при повністю заповнена електронами. Зона провідності відділена від валентної зони енергетичним відрізком, який називають забороненою зоною.

Ширина забороненої зони рівна тій мінімальній енергії, яка затрачується на розрив валентного зв'язку, і являється одним із основних параметрів напівпровідника.

Розрив валентного зв'язку і утворення вільних електронів і дірок означає перехід електрона із валентної зони в зону провідності. Якщо енергія фотона , електронно-діркові пари в напівпровіднику не утворюються. Якщо ж енергія фотона - утворюються. При збільшенні числа фотонів з енергією число електронно-діркових пар збільшується. Процес утворення вільних носіїв зарядів під дією світла називають їх генерацією. В результаті генерації провідність напівпровідників збільшується. Крім генерації вільних носіїв, має місце і зворотній процес - їх зниження (рекомбінація). На початку освітлення, доки надлишкових носіїв небагато, рекомбінація мала і з збільшенням електронно-діркових пар вона зростає. Через деякий час після початку освітлення встановлюється стаціонарна провідність. Речовини, які виявляють фотопровідність, тобто внутрішній фотоефект, називаються фоторезисторами.

Типовими фоторезисторами є більшість напівпровідників. Фоторезистори мають значно більшу чутливість, ніж фотоелементи з зовнішнім фотоефектом. Вона може досягати кількох тисяч мікроампер на люмен. Основними характеристиками фоторезистора є електрична вольта-амперна характеристика (ВАХ) та світова люкс-амперна характеристика, тобто залежність сили струму від освітленості фоторезистора.

Рис. 2

Порядок виконання роботи

І. Зняття вольт-амперної характеристики (ВАХ).

1. Зібрати коло за схемою (рис. 2).

2. Змінюючи напругу від 0 до 30 В, зняти залежність для ввімкнутих однієї, двох, трьох ламп розжарення. Дані занести в табл. 1. За даними табл. 1 побудувати ВАХ.

Таблиця 1

№	U, В	Iф, мкА
1Л	2Л	3Л

II. Зняття світлової характеристики фоторезистора .

1. Для цього необхідно визначити освітленість фоторезистора від кожної із трьох ламп за формулою:

,

де сила світла в канделах (пропорційна потужності лампи.

кут падіння світла від кожної із ламп відстань між ниткою лампи та фоторезистором (виміряти).

2 Визначити сумарну освітленість фоторезистора від ввімкнутої однієї, двох, трьох ламп: .

4 Зняти залежність від для двох значень напруги .

5 Результати вимірів занести до таблиці 2 і побудувати світлову характе­ристику фоторезистора для .

По графікам визначити чутливість фоторезистора .

Таблиця 2

Сумарна освітленість	Напруга на фоторезисторі
=…В	…В
Сила фотоструму	Сила фотоструму

Контрольні питання та завдання

1. Дайте визначення внутрішнього фотоефекту.

2. Поясніть явище фотопровідності напівпровідника.

3. Яка вольт-амперна характеристика фоторезистора?

4. Яка світлова характеристика фоторезистора?

5. Дайте визначення інтегральної чутливості фоторезистора.

6. Як утворюються енергетичні рівні напівпровідника?

7. Які носії струму в напівпровіднику?

8. Чому дорівнює енергія кванта світла?

9. Записати закон освітленості?

10. Де застосовують фоторезистори?

Навчальне видання

С. А. Гришечкін, Т. Є. Дорогань, В. О. Заблудовськй, С. Ю. Копилова,

В.С. Краєва, Є. П. Штапенко, Р.П. Ганіч

Методичні вказівки до лабораторного практикуму

з фізики атомів та квантової оптики

для студентів I, ІІ курсів денної та без відривної форм навчання всіх спеціальностей

Редактор

Комп’ютерний набор

Комп’ютерна верстка

Підписано до друку Формат 60х84 1/16. Папір для множних
апаратів. Ризограф. Ум. друк. арк. 1,04. Обл.-вид. арк. 1,13.
Тираж прим. Зам. №. Вид. №.

Видавництво Дніпропетровського національного університету
залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

ДК № 1315 від 31.03.2003

Адреса видавництва та дільниці оперативної поліграфії:

49010, Дніпропетровськ, вул. Лазаряна, 2

www.diitrvv.dp.ua
[e-mail]

Дата добавления: 2015-05-24