Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика

Снять световые характеристики фотосопротивления при напряжении 10 и 15 В. Для этого, поддерживая напряжение U постоянным, изменять рас-стояние r между фотосопротивлением и источником света от 10 до 40 см че-рез 5 см и измерять ток I. Результаты измерений занести в табл. 14.2.

Указания по обработке результатов

Построить по табл. 14.1. графики зависимости темнового тока I_т и

положить на одном чертеже).

2. Построить по табл. 14.2 графики зависимости фототока Iф от осве-

щенности E для двух значений напряжения U (10 и 15 В).

Используя табл. 14.2, вычислить удельную чувствительность фотосо-

противления U = I ф ( SEU ) (11.7) при рабочем напряжении U = 15 В для двух расстояний от фоторезистра до источника r = r_min и r = r_max . Площадь

Используя табл. 14.2, заполнить две табл. 14.3 для U=10 В и U=15 В,

создав выборку параметра γ и найти по этой выборке объема N = 3, 4 или 5 значение γ = γ γ с P = 95 % . Очевидные промахи из таблицы исключить. Принять r₀ = r_max , а за I _ф0 = I_фmin значение тока при этом расстоянии.

99

№

1

…

5

Контрольные вопросы

Что такое валентная зона, зона проводимости, запрещенная зона?

Что такое фоторезистор и как меняются его свойства под действием

света?

Какие зависимости исследуются в данной работе?

Какова зависимость фототока от освещенности.

5. Как определяется коэффициент γ и его погрешность?

Лабораторная работа 15.

ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ. ИССЛЕДОВАНИЕ

ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА

Цель работы: экспериментально исследовать вольтамперную характери-стику фоторезистора. Определить ширину запрещённой зоны полупроводника.

Требуемое оборудование: Модульный учебный комплекс МУК-ОК.

Приборы: 1. Блок амперметра-вольтметраАВ1, 1 шт.

Стенд с объектами исследования С3-ОК01 и источник питания ИПС1, 1комплект.

Проводники Ш4/Ш1,6 -60см, 6 шт.

Общие сведения

Явление вырывания электронов из вещества при освещении его светом получило название фотоэлектрического эффекта. Различают внешний и внутренний фотоэффект. При внешнем фотоэффекте электроны освобожда-ются 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.

100

Внутренним фотоэффектом называется увеличение электропроводности полупроводника под действием света. При внутреннем фотоэффекте оптиче-ски возбужденные электроны остаются внутри освещаемого тела, не нарушая его электрическую нейтральность, то есть под действием света происходит перераспределение электронов по энергетическим уровням.

Фоторезистором называется полупроводниковый прибор, действие ко-торого основано на явлении внутреннего фотоэффекта.

Частота электромагнитного излучения, удовлетворяющая условию

h кр = Е

(15.1)

где h – постоянная Планка, E – ширина запрещённой энергетической зоны полупроводника, называется красной границей фотоэффекта. В теории полу-проводников выделяют также понятие вентильного фотоэффекта, когда фото ЭДС возникает при освещении вентильного, то есть выпрямляющего, контакта. Выпрямляющими свойствами обладают контакты полупроводни-ков различного типа электропроводности (как p-n-переход).

Электропроводность собственного полупроводника, обусловленная теп-ловым возбуждением, называется темновой проводимостью:

σ	т	= q n(μ	n	+ μ	p	)
		e

(15.2)

где n зоне;

– концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной

носителя тока.

При освещении полупроводника возникают дополнительные свободные носители заряда, обусловленные внутренним фотоэффектом. При поглоще-нии кванта света один из валентных электронов переходит в зону проводи-мости, а в валентной зоне образуется дырка. Очевидно, такой переход воз-

можен, если энергия фотона ε = hν равна или несколько больше ширины за-прещённой зоны E

hν E (15.3)

Полная электропроводность складывается из темновой и фотопроводи-мости:

σ = σ	т	+ σ	ф

(15.4)

Основными характеристиками фоторезистора являются вольтамперная, световая и спектральная.

Вольтамперной характеристикой фоторезистора называется зависимость тока I_ф , протекающего через фоторезистор, от величины приложенного напря-

101

жения U при постоянном световом потоке

перметр в схеме установки регистрирует щий в себя темновой ток Iт и фототок Iф

полный световой ток I, включаю-

где

I =

U

=

σS

U =

(σ

т

+ σ

ф

)S

U = I

т

+ I

ф

(15.5)

R

l

l