Учебное пособие: Фізичні основи електроніки

Рис. 2.2 Анодна характеристика реального діода

Завдання до лабораторної роботи

1. Зібрати електричну схему, зображену на рис. 2.1.

2. За допомогою омметра виміряти опір катода при кімнатній температурі.

3. Дослідити ВАХ діода при різних значеннях струмів катода (не менше 5 значень).

4. Побудувати ВАХ І_А =f(U_A ) та вказати на них область дії об’ємного заряду.

5. Для одного з значень струму катода перевірити виконання закону трьох других та визначити постійну лампи G.

6. Для анодних напруг де І_А виходить на насичення, побудувати залежності . Шляхом екстраполяції до U_A =0 визначити значення струму термоелектронної емісії I_S .

7. Виходячи з формули , знайти температуру катода (t – температура в ˚С, α – температурний коефіцієнт опору матеріалу катода – вольфраму).

8. Побудувати залежності . За тангенсом кута нахилу цієї залежності визначити ефективну термоелектронну роботу виходу.

9. Обчислити похибки вимірювань. Порівняти одержані результати з літературними даними для матеріалу катода. Зробити висновки.

Література

[1]. c. 248-278. [2]. c. 192-207. [3]. c. 151-166. [4]. с. 270–273.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

Вивчення фотопровідності напівпровідників

Мета роботи: загальне ознайомлення з методикою дослідження фотоелектричних властивостей напівпровідників і вимірювання спектральної залежності фотопровідності і люксамперних характеристик та визначення основних параметрів напівпровідникового матеріалу.

Необхідні прилади і матеріали: напівпровідниковий фоточутливий елемент; монохроматор; джерело світла; джерело постійної напруги; мікроамперметр; нейтрально сірі світлофільтри.

Теоретичні питання знання, яких необхідне для виконання лабораторної роботи:

1. Основні закони теплового випромінювання. Формула Планка.

2. Механізми поглинання світла в напівпровідниках.

3. Рівноважні та нерівноважні носії заряду. Статистика нерівноважних носіїв заряду.

4. Фотопровідність – власна та домішкова. Спектральна залежність фотопровідності. Релаксація фотопровідності.

5. Рекомбінація нерівноважних носіїв заряду – випромінювальна та безвипромінювальна. Рекомбінація через домішковий рівень.

Основні теоретичні відомості та методика експерименту

Внутрішній фотоефект – це процес внутрішньої іонізації напівпровідника під дією світла, який приводить до утворення додаткових, нерівноважних носіїв заряду. Додаткову провідність, зумовлену внутрішнім фотоефектом, називають фотопровідністю.

При внутрішньому фотоефекті первинним процесом є поглинання фотона з енергією, достатньою для збудження електрона в зону провідності (переходи 1 і 2, рис.3.1), або на локальні рівні енергії (перехід 3, рис.3.1), розташовані в забороненій зоні напівпровідника. Перехід 1 приводить до утворення пари електрон – дірка, тоді як у результаті переходів 2 і 3 утворюються носії заряду тільки одного знаку.

Якщо оптичне збудження електронів відбувається з валентної зони в зону провідності, то спостерігається власна фотопровідність, яку створюють носії обох знаків. При цьому, очевидно, енергія фотона hν має бути не менша ширини забороненої зони напівпровідника ().Нерівноважні електрони й дірки, утворені в результаті взаємодії з фотонами достатньо великих енергій, одразу після процесу іонізації можуть мати енергію, яка є значно більшою чим середня теплова енергія теплового руху рівноважних носіїв заряду, яка по порядку величини близька до kT. Але в результаті взаємодії з фононами та дефектами кристалічної ґратки нерівноважні носії заряду швидко набувають температуру ґратки і їх енергія стає рівною середній тепловій енергії рівноважних носіїв заряду.

Цей процес відбувається за час порядку 10^-10 с, який називають часом релаксації носіїв струму. Як правило, час життя τ нерівноважних носіїв значно перевищує цю величину і складає 10^-2 –10^-7 с і, відповідно, більшу частину часу до рекомбінації їх кінетична

енергія відповідає середній тепловій енергії рівноважних носіїв заряду. Тому можна вважати, що розподіл по енергіях нерівноважних носіїв заряду в зонах є таким самим, як для рівноважних.

ЕС 2 Едом 1 3 ЕV Рис. 3.1 Схема можливих оптичних переходів електронів в забороненій зоні