Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів. Лабораторна робота з Фізика напівпровідників та діелектриків. Робота № 528844

Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2016

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

Фізика напівпровідників та діелектриків

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” З в і т про виконання лабораторної роботи №9 з дисципліни “Фізика” на тему: “Дослідження спектрального розподілу фотопровідності та пропускання напівпровідникових кристалів ” ЛЬВІВ – 2016 Мета роботи Дослідити спектральний розподіл фотопровідності селенового фотоелемента, визначити ширину забороненої зони напівпровідникового кристала за його спектром пропускання Прилади і обладнання Монохроматор УМ-2, джерело світла, селеновий фотоелемент, зразок напівпровідникового кристалу Опис установки Оптична схема експериментальної установки для дослідження спектрального розподілу фотопровідності, пропускання та поглинання напівпровідникових матеріалів зібрана на базі монохроматора УМ-2 (рис.1). Її загальний вигляд зображено на рис.2. На рис.1 в окрему групу виділені основні елементи монохроматора. Розглянемо хід променів в лабораторній установці при дослідженні спектрального розподілу фотопровідності селенового фотоелемента (рис.1) (в цьому випадку напівпровідниковий кристал 4 усувають на шляху поширення світлового променя). Світловий пучок, що випромінюється джерелом світла 1 фокусується конденсорною лінзою 3 на вхідній щілині 6 монохроматора. Пройшовши через б’єктив 7, світло попадає на дисперсійну призму, а далі – через вихідну щілину 10 на селеновий фотоелемент 11. Фотострум, що виникає в електричному колі фотоелемента, вимірюється високочутливим гальванометром 12. Для одержання спектрального розподілу пропускання напівпровідникового кристалу, кристал 4, який знаходиться в тримачі, розміщують на вхідній щілині монохроматора. Далі хід променів аналогічний до описаного вище. На робочому місці знаходиться крива градуювання (крива дисперсії) монохроматора, яка дозволяє переводити покази шкали барабана монохроматора у значення довжин хвиль падаючого випромінювання. Рис. 1 1 − джерело світла; 2 − захисне скло кожуха лампи; 3 − конденсорна лінза ; 4 – напівпровідниковий кристал ; 5 – збиральна лінза; 6 − вхідна щілина; 7 − об’єктив коліматора; 8 − дисперсійна призма; 9 − об’єктив зорової труби; 10 − вихідна щілина; 11 − фотоелемент; 12 − мікроамперметр. Рис. 2 1 – джерело світла, яке розміщене в захисному кожусі; 2 – конденсорна лінза; 3 – напівпровідниковий кристал; 4 – монохроматор; 5 – селеновий фотоелемент; 6 – барабан довжин хвиль монохроматора; 7 – джерело живлення лампочки розжарення; 8 – мікроамперметр. Послідовність виконання роботи ЗАВДАННЯ 1. Вивчення спектральної чутливості селенового фотоелемента Для цього (див. рис.2): Розмістити селеновий фотоелемент 5 навпроти вихідної щілини монохроматора 4. УВАГА! Прилади налагоджує керівник заняття. Увімкнути джерело живлення 7 в мережу 220 В. Встановити конденсорну лінзу 2 в рейтер, що знаходиться на оптичній лаві, так, щоб оптичний центр лінзи збігався з оптичною віссю монохроматора. Пучок світла від лампи розжарювання направити на лінзу. Пересуваючи рейтер з лінзою 2 по оптичній лаві, добитися чіткого зображення нитки розжарення лампи джерела світла на вхідній щілині монохроматора. Регулювання максимальної чутливості фотоелемента 5. Встановити перемикач вибору меж вимірювання мікроамперметра 8 в положення ×1. Обертаючи барабан 6 довжин хвиль в межах 700–3200 відносних одиниць шкали барабана 6 спостерігати за стрілкою мікроамперметра максимум фотоструму . При цьому, відхилення стрілки мікроамперметра повинно становити не менше 60 поділок його шкали. При меншій чутливості мікроамперметра регулюванням положення кристала відносно щілини монохроматора та ширини щілини монохроматора усунути виявлений недолік в чутливості фотоелемента 5. Обертаючи барабан 6 в межах 700–3200 через кожні 100 відносних одиниць шкали довжин хвиль визначати за показами мікроамперметра значення фотоструму . Результати вимірювання записувати в таблицю 1. За допомогою кривої градуювання монохроматора, наведеної на робочому місці, встановити відповідність між показами шкали барабана монохроматора та відповідними довжинами хвиль . Результати записати в таблицю 1. Таблиця 1 n, відн.од. 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 , мкА 3 4 5 6 7 8 9 11 15 λ, нм 410 420 430 437 450 458 470 477 486 n, відн.од. 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 , мкА 19 24 31 40 54 70 88 98 84 λ, нм 492 520 537 543 556 576 600 630 662 n, відн.од. 2900 3000 3100 3200 , мкА 72 34 12 6 λ, нм 698 736 780 834 ЗАВДАННЯ 2. Дослідження спектрального розподілу коефіцієнтів пропускання та поглинання напівпровідникового кристала і визначення його ширини забороненої зони Для цього: Перед вхідною щілиною монохроматора встановити досліджуваний зразок напівпровідникового кристала. УВАГА! Прилади налагоджує керівник заняття. Обертаючи барабан 6 в межах 700–3200 відносних одиниць шкали довжин хвиль, через кожні 100 одиниць визначати за показами мікроамперметра значення фотоструму . Обчислити значення коефіцієнта пропускання напівпровідникового кристала для різних довжин хвиль за формулою: . (1) За знайденими значеннями згідно (1) побудувати графік, по осі якого відкладати довжини хвиль , а по осі – відповідні значення . Знайти значення коефіцієнта поглинання напівпровідникового кристала для різних довжин хвиль, використовуючи співвідношення . (2) Побудувати графік залежності . Визначити значення ширини ΔЕ забороненої зони напівпровідникового кристала за перетином дотичної до лінійної ділянки короткохвильової області кривої з віссю абсцис. Результат виразити в еВ. Результати вимірювання та обчислень записати в таблицю 2. Проаналізувати одержані результати. Таблиця 2 n, відн.од. 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 λ, нм 410 420 430 437 450 458 470 477 486 492 Iф(λ), мкА 2 2,5 2,5 3 3,5 4 4 4,5 5 6 T(λ) 66,7 62,5 50 50 50 50 44,4 41 33,3 31,6 α (λ) 33,3 37,5 50 50 50 50 55,5 59,1 66,7 68,4 , *10-5 7,3 7,1 7 6,86 6,66 6,55 6,38 6,3 6,2 6,1 hν, Дж 3,03 2,95 2,88 2,84 2,76 2,7 2,64 2,6 2,55 2,52 ΔЕ, еВ 1,49 n, відн.од. 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 λ, нм 520 537 543 556 576 600 630 662 698 736 Iф(λ), мкА 6,5 8 8,5 9 9 9,5 10 11 12 14 T(λ) 27,1 25,8 21,25 16,7 12,8 10,8 10,2 13,1 16,7 41,2 α (λ) 73 74,2 78,75 83,3 87,1 89,2 89,8 87 83,3 58,8 , *10-5 5,8 5,6 5,5 5,4 5,2 5 4,7 4,5 4,3 4,1 hν, Дж 2,38 2,31 2,28 2,23 2,15 2,07 1,97 1,87 1,77 1,68 ΔЕ, еВ 1,49 n, відн.од. 3100 3200 λ, нм 780 834 Iф(λ), мкА 11 6 T(λ) 31,7 100 α (λ) 8,3 0 , *10-5 3,8 3,6 hν, Дж 1,59 1,49 ΔЕ, еВ 1,49 Графік залежності = Графік залежності Графік залежності = Графік залежності α(λ)=λ Висновок: під час даної лабораторної роботи, ми досліджували спектральну чутливість селенового фотоелемента, та спектральний розподіл коефіцієнтів пропускання та поглинання напівпровідникового кристала і визначення його ширини забороненої зони. У таблиці 1. Можна побачити зміну фотоструму від довжини хвилі λ. За обчисленими значеннями коефіцієнта пропускання Т(λ) напівпровідникового кристала, ми побудували графік залежності Т(λ)=λ. За обчисленими значеннями коефіцієнта поглинання α(λ) напівпровідникового кристала, ми побудували графік залежності , де ν ми визначили з графіка залежності =. ν=с/λ. Ширину ΔЕ забороненої зони напівпровідникового кристала ми визначили в результаті накладання 2-х графіків α(λ)=λ і =. За експериментально знайденим значенням λ (максимальна довжина хвилі) у видимій області випромінювання, ширина забороненої зони напівпровідника визначається за формулою: ΔЕ=hc/λ. В результаті обчислень, ширина забороненої зони напівпровідникового кристала ΔЕ=1,49 еВ. За таблицею значень ширини забороненої зони ΔЕ напівпровідників, наш напівпровідник є Арсенід галію

Лабораторна робота Фізика напівпровідників та діелектриків

stalnows

14.12.2016 14:06

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись