Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)» кафедра физики ОТЧЕТ по лабораторной работе № 15 ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА Выполнила: Мельников Н.А. Группа № 1208 Преподаватель: Дедык А.И. Вопросы 11 Даты коллоквиума 15 Санкт-Петербург, 2021 Итог 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15 ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА Цели работы: экспериментально исследовать вольтамперную характеристику фоторезистора. Определить ширину запрещённой зоны полупроводника. Приборы и принадлежности: Модульный учебный комплекс МУК-ОК. Приборы: 1. Блок амперметра-вольтметраАВ1, 1 шт. 2. Стенд с объектами исследования С3-ОК01 и источник питания ИПС1, 1комплект. 3. Проводники Ш4/Ш1,6 -60см, 6 шт. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ Явление вырывания электронов из вещества при освещении его светом получило название фотоэлектрического эффекта. Различают внешний и внутренний фотоэффект. При внешнем фотоэффекте электроны освобождаются светом из поверхностного слоя вещества и переходят в другую среду, в частности в вакуум. В кристаллических полупроводниках и диэлектриках, помимо внешнего фотоэффекта, наблюдается внутренний фотоэффект. Внутренним фотоэффектом называется увеличение электропроводности полупроводника под действием света. При внутреннем фотоэффекте оптически возбужденные электроны остаются внутри освещаемого тела, не нарушая его электрическую нейтральность, 3 то есть под действием света происходит перераспределение электронов по энергетическим уровням. Фоторезистором называется полупроводниковый прибор, действие которого основано на явлении внутреннего фотоэффекта. Частота электромагнитного излучения, удовлетворяющая условию где h – постоянная Планка, ΔE – ширина запрещённой энергетической зоны полупроводника, называется красной границей фотоэффекта. В теории полупроводников выделяют также понятие вентильного фотоэффекта, когда фото ЭДС возникает при освещении вентильного, то есть выпрямляющего, контакта. Выпрямляющими свойствами обладают контакты полупроводников различного типа электропроводности (как p-n-переход). Электропроводность собственного полупроводника, обусловленная тепловым возбуждением, называется темновой проводимостью: где n – концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне; μn и μ p – подвижность электронов и дырок соответственно; e q – заряд носителя тока Световой характеристикой фоторезистора называется зависимость фототока Iф от величины падающего светового потока при постоянном значении приложенного к нему напряжения ф const I f = f(Ф)U=const . Световая характеристика фоторезистора обычно нелинейная. При больших освещенностях увеличение фототока отстает от роста светового потока, намечается тенденция к насыщению. Это объясняется тем, что при увеличении светового потока наряду с ростом концентрации генерируемых носителей заряда растет вероятность их рекомбинации, однако при небольших и средних освещенностях характеристика практически совпадает с прямой линией. 4 Контрольные вопросы 11.Законы фотоэффекта (законы Столетова) Ответ: 1. Закон Столетова: при неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1с, прямо пропорционально интенсивности света): и 2. Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности. 3. Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света при которой фотоэффект ещё возможен. 15. Что такое красная граница? Чем определяется красная граница? Ответ: Это минимальная частота (наибольшая длина волны) света, при которой ещё возможен фотоэффект. Определяется работой выхода электрона. Авых— работа выхода для конкретного материала фотокатода h-постоянная Планка 5 ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 «ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТИЧНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА» Вольтамперные характеристики фоторезистора U, B 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Iт , мкА I, мкА λ= Iф=I-Iт мкА I, мкА λ= Iф=I-Iт мкА I, мкА λ= Iф=I-Iт мкА Световые характеристики фоторезистора J/J 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Iт , мкА I, мкА λ= Iф=I-Iт мкА I, мкА λ= Iф=I-Iт мкА Спектральная характеристика фоторезистора λ ,нм 430 470 520 565 590 660 700 I, мкА Выполнил: Мельников Н.А Преподаватель: Дедык А.И. 860 1,2
