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

– сопротивление фоторезистра, l – его длина, S – площадь попе-

речного сечения, σ – его удельная проводимость. IT – темновой ток, IФ – фо-тоток, S – площадь поперечного сечения, l – длина проводника.

Из уравнения (15.4) видно, что вольтамперная характеристика как темновая, так и при освещении, является линейной, поскольку при постоянной температуре T и постоянном световом потоке электропроводности σф и σт не зависят от

напряжения U. Следует отметить, что в области обычно реализуемых освещен-

ется тенденция к насыщению. Это объясняется тем, что при увеличении светово-го потока наряду с ростом концентрации генерируемых носителей заряда растет вероятность их рекомбинации, однако при небольших и средних освещенностях характеристика практически совпадает с прямой линией.

Спектральной характеристикой фоторезистора называется зависи-

мость фототока насыщения Iн от длины волны λ при постоянном световом

потоке I _н = f ( )_{Ф= const ,U =cjnst} . Фототок в полупроводнике появляется, начи-

102

Рис. 15.2

где

E

– ширина запрещенной зоны полупроводника;

λкр

– край собствен-

ного поглощения (красная граница фотоэффекта).

Зная ширину запрещённой зоны, можно определить полупроводник, из ко-торого сделано фотосопротивление.

Таблица 15.1

Казалось бы, что спектральная характеристика фоторезистора должна

иметь вид ступени, т. е. для всех λ < λ_крI_ф = const и для λ > λ_крI_ф = 0

Однако такой вид она могла бы иметь

начинает уменьшаться, хотя энергии фо-тона более чем достаточно для возникно-

вения фотопроводимости. Это объясняется тем, что с уменьшением λ растет коэффициент оптического поглощения, что приводит к поглощению света в тонком приповерхностном слое вещества и, следовательно, к повышению концентрации неравновесных носителей заряда. Эти носители заряда активно рекомбинируют на поверхности, не успевая диффундировать в объем полу-проводника, что приводит к уменьшению фотопроводимости.

Вблизи края собственного поглощения у некоторых полупроводников возникает так называемое экситонное поглощение, несколько снижающее ве-личину фототока. (Электрон, возбужденный фотоном, покидает валентную зону, но зоны проводимости не достигает; эта система электрон-дырка, свя-занная кулоновским взаимодействием, и называется экситоном. Экситоны, бу-дучи нейтральными образованиями, вклада в электропроводность не дают.)

Методика эксперимента

Экспериментальная установка. Электрическая схема установки пред-ставлена на Рис.15.4. В качестве источника ЭДС используется генератор ре-гулируемого постоянного напряжения блока ИПС1, работающий в диапазоне 0..6,3 В. Такое включение измерительных приборов позволяет исключить

103

шунтирование вольтметром фоторезистора. При этом в рабочем диапазоне токов влияние внутреннего сопротивления амперметра на показания вольт-метра незначительное.

качестве источников света в лабораторной установке используется набор светодиодов (кластер), излучающих в различных узких диапазонах длин волн. Эти диапазоны лежат в видимой и инфракрасной частях спектра.

При выполнении работы необходимо учитывать, что в лабораторной

установке устанавливается не абсолютная, а относительная интенсивность излучения Ф=J/J₀. Где J₀ некоторая константа, задаваемая измерительным прибором и регулируется пользователем с помощью регулятора.

Указания по подготовке к работе

Подготовьте в протоколе эксперимента таблицы по форме 15.1 –15.3.

Вольтамперные характеристики фоторезистора

I ф = f (U )Ф=const, λ=const J

J0 = ...

, Iт = , шаг напряжения U

Таблица 15.1

0.5 В

Световые характеристики фоторезистора

I ф = f (Ф)U = const , λ =const

U = ,

Iт =

, ( J

J0 )

Таблица 15.2

0,1

=

=