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.
