Схема експериментальної установки

Схема експериментальної установки показана на рис.10. Тут М – монохроматор, що складається з наступних елементів:

· Щ₁ - вхідна щілина, Щ₂ - вихідна щілина,

· Об і Об₁– об'єктиви, Ок – окуляр,

· Пр – призма, за допомогою якої біле світло розкладається в спектр,

· Ст – станина,

· МКП –мікрометричний пристрій або лімб, обертання якого викликає поворот призми і тим самим на вихідну щілину направляються різні вузькі (майже монохроматичні) ділянки спектра.

Наступні елементи схеми включають:

· S – джерело світла (лампа розжарювання),

· мВ - прилад для реєстрації фотоЕРС

· Фд – фотодіод

· R – змінний опір

Для роботи з монохроматором використовують криву дисперсії цього приладу, що показує, яка довжина хвилі вихідного світлового пучка відповідає даному показанню лімба.

Як джерело випромінювання в даній роботі використовується лампа розжарення з вольфрамовою ниткою, що дає суцільний спектр. Розподіл енергії в спектрі випромінювання цієї лампи неоднорідний: найбільша енергія випромінюється на довжині хвилі l=1200 ним, а по обидві сторони від цього значення довжини хвилі випромінювана енергія монотонно убуває.

Фотопровідність прийнято вимірювати або при постійному значенні енергії в різних ділянках спектра, що поглинається зразком, або при рівній кількості квантів, що поглинаються, у різних ділянках спектра поглинання зразка. Ці умови можна здійснити, якщо регулювати потужність вхідного в монохроматор світлового пучка таким чином, щоб на виході монохроматора одержувати світловий пучок або з рівною енергією, або з рівною кількістю квантів у різних ділянках спектра. Це можна досягти, змінюючи ширину вхідної щілини монохроматора. Природно, що при переході до спектральної ділянки, де потужність випромінювання лампи зростає, ширину вхідної щілини необхідно відповідним чином зменшити. У роботі використовується графік, за допомогою якого можна визначити ширину вхідної щілини для тієї чи іншої довжини хвилі.

 

Рис.8

На рис. 8 показано, як для даного відліку по лімбу знаходити відповідні значення ширини вхідної щілини d і довжини хвилі l. Порядок проведення вимірів.

1. Увімкнувши лампу розжарення при максимальному значенні опору R, вимірюємо залежність фотоЕРС від довжини хвилі світла l, що падає з монохроматора на фотодіод. Одержуємо 10-12 значень e при різних l. При вимірах користуються графіком (рис.8) для визначення довжини світлової хвилі і ширини вхідної щілини монохроматора для кожної l (як і в роботі 8.3). Результати заносимо в таблицю.

 

 

Таблиця

№

l,нм

e,мВ

R, Ом

e1.мВ

І, мкА

2. Установивши на монохроматорі довжину хвилі l₁, що відповідає максимальній фотоЕРС, вимірюємо величину фотоЕРС e₁ на фотодіоді в залежності від величини опору (навантажувальну характеристику). Результати вимірів залежності e₁ від R заносимо в таблицю і по її даним будуємо графік e₁=f(R).

3. Знаючи R і відповідну йому e₁, розраховуємо струм І для кожного випадку. Результати заносимо в таблицю і будуємо графік залежності І=f(R).

4. Користаючись даними останніх двох рядків таблиці, будуємо графік вольт-амперної характеристики фотодіода у вентильному режимі: І=f(e₁).

Контрольні питання

1. Як утворюються енергетичні зони при утворенні кристала?

2. На яких принципах засноване заповнення електронами енергетичних рівнів?

3. За якою ознакою відбувається розподіл твердих тіл на метали, діелектрики і напівпровідників? Нарисуйте відповідні зонні схеми.

4. Опишіть на основі зонної теорії електропровідність металів і діелектриків.

5. Опишіть механізм електропровідності чистих і домішкових напівпровідників.

6. Опишіть процеси, що протікають на границі двох напівпровідників з різним типом провідності.

7. Опишіть будову фотодіода.

8. Опишіть методику обробки експериментальних даних.

Література

1. Савельев И.В. Курс общей физики// М.-Наука – Т.2,-§72,78.-1968.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики // М.-Наука – Т.2,-§173.-1965.