78-82 C 12 labrab

Lab № 12

Meghatározása szilícium tiltott sáv szélessége a vörös él a belső PhotoEffect

A cél a munkát. tanulmány a jelenség a belső fotoelektromos hatás; meghatározása a piros határ a belső fotoelektromos hatás.

A belső fotoelektromos hatás az, hogy mozog a elektronok keresztül elnyelt energia fénykvantumokat a vegyértéksáv a vezetési sávban. Ez a jelenség figyelhető meg, míg amely a terület közötti kapcsolat két félvezetők.

Félvezetők olyan anyagok osztályának, amelynek vezetőképessége kisebb, mint a fém, de több, mint a dielektrikumok. Tulajdonságok kristályos félvezetők kielégítően megmagyarázni a zenekar elmélet szilárd.

Mint ismeretes, egy elszigetelt atom elektronok diszkrét energia értékeket. A kristály elektronok kölcsönhatásba nem csak annak kernel, hanem a szomszédos, ez vezet a műszak különálló szint és a kialakulását úgynevezett energia sávok. Ezek a zónák (engedélyezett terület) vannak régiókkal elválasztva energia nevezett tiltott zónák.

A tetején egy teljesen kitöltött zónák az úgynevezett vegyérték elektronok. A következő terület, a vezetési sávban. Ez lehet akár részben megtöltött (mint a fémek), vagy teljesen mentes a T = 0 K (a félvezetők és dielektrikumok).

A szélessége a megengedett sávok a sorrendben több elektronvolt, míg a szintek számát a zónában N száma határozza meg az atomok, amelyek alkotják a különálló szint a zóna. Zone tartalmazó N szintek, összhangban Pauli-elv elhelyezésére 2N elektronokat.

Vezetőképesség csak akkor lehetséges, ha a részben töltött vezetési sávban. A fémek részben fel van töltve, még a T = 0 ° C félvezetők és dielektrikumok ezen a hőmérsékleten, hogy üres (ábra. 1). Lehetőség vezetési sávban kitöltésével a növekedés a hőmérsékletet úgy határozzuk meg bandgap

.

Ha a sáv különbség kicsi, mint ahogy az a félvezetők (

 12 eV), a lehetséges hőátadás elektronokat elfoglalt vegyértéksáv a vezetési sávban szabad. Annak a valószínűsége, ez a folyamat arányos , azaz növekedésével meredeken rostomT. Ugyanakkor a szabad (állások) vannak kialakítva az Advent a vezetési sáv elektronok a vegyérték sáv. Egy külső elektromos mező Pozíció mozgott ellentétes irányban a mozgását az elektron (pozitív töltés). Ezek az állapotok nevezzük üres lyukak. és a vezetőképesség miatt a mozgását elektronok a vegyérték sáv - p vezetési típusú, vagy p-típusú, eltérően a hagyományos N-típusú elektronikus vezetőképesség.

Ha a készítmény kémiailag tiszta félvezető adja óra (donor vagy akceptor) szennyeződés, akkor lehetséges vagy csak félvezetők elektronikus vezetési típusú (n típusú félvezető) vagy furat (p típusú félvezető). Ez annak köszönhető, hogy a megjelenése a tiltott sávban a donor, illetve (azaz, tele elektronok) szintek vagy akceptor szintek (ábra. 2). Donor szint közelében található a vezetési sávban, úgyhogy az elektronok könnyen esnek ebbe a zónába, még viszonylag alacsony hőmérsékleten. Ennek megfelelően, az akceptor szintek közelében található a tetején a vegyérték sáv, elektronok mozogni a zóna a megüresedett akceptor szintek, amely egy lyuk a vegyérték sáv.

Az egyik legfontosabb jellemző paraméterek a gáz szabad hordozók félvezetők, a kémiai potenciál . Mivel alkalmazott elektron és a lyuk gáz általában az úgynevezett Fermi szintet εF (Fermi szint fémek az utolsó foglalt szintet a T = 0 K).

Ha közötti félvezetők p - és n - típusú nincs kapcsolat, a Fermi szintek az energia minták vannak elrendezve különböző magasságban. Az n-típusú félvezető közelebb a vezetési sáv a p-típusú félvezető közelebb a vegyérték sáv (ábra. 3).

Tegyük fel, hogy a félvezető egy része a zárt, p -n csomópont közelében, a fény esik. Ha a fotonenergia

nagyobb bandgap(Ábra. 1), az elektron átmenetek a vegyértéksáv a vezetési sáv, és a képződött elektron-lyuk pár. Ennek eredményeként a diffúziós elektronok és lyukak kerülnek át a kapcsolati átviteli, ahol elválasztjuk: a fő, hogy a szakterületen, a vivőanyagokat késleltetett érintkező területen; kisebbségi - felgyorsítják és szabadon áramolhat cherezp -n csomópontok alkotnak fényáram. Így a belső fotoelektromos hatás lehetővé teszi, hogy az átalakítás a sugárzó energiát elektromos energiává.

Mi határozza meg az értékét a photocurrent? Különösen a fotonok száma esemény a napelem, és hogy képesek átvinni az elektronokat az vegyértéksáv a vezetési sávban. Azt feltételezzük, hogy mi érdekli a hullámhossz-tartományban a sugárforrás küld az azonos számú foton fény függetlenül a hullámhosszon. A foton képes átvinni egy elektron a vezetési sávban, ha az energia

nagyobb, mint egy bizonyos minimális energiaegyenlő a szélessége a vezetési sáv. Következésképpen a fotoelektromos küszöböt, amelyet a feltétel

A fotoelektromos hatás hiányzik, ha  kisebb gyakorisággal ν0. A növekvő gyakorisága ν növeli az elektronok száma a mélyebben fekvő energiaszintet, kölcsönhatás, amely okot ad fotoelektromos (ábra. 1). Következésképpen, a valószínűsége, hogy egy foton kölcsönhatásba lépni egy elektron, ami az utóbbi váltva a vezetési sávban, különbséggel arányos

. Ezért a fotoáram nagyságát arányosnak kell lennie a frekvencia különbség

Ez a minta kell kísérletesen igazolták eltávolítja a függőség a fényáram a sugárzási frekvencia. Alacsony frekvencián,

mi várható a jelenlegi lineáris növekedés egyre gyakrabban ν. Nagyfrekvenciákon fotoáram kell csökkenteni számának csökkentésével a „kemény” fotonok által kibocsátott fényt. Kiépítésével a grafikonon, és kivetítve a lineáris összefüggés az alacsony frekvenciájú részéthogy a kereszteződés az x tengely, meg lehet találni a fotoelektromos küszöb, és, majd, amelyet a képlet (1) meghatározza a szélessége a tiltott sávban szilícium.

2, A telepítés és mérési módszer

beállítás ábrán bemutatott áramkör. 5. Fényforrás 1 küld egy fénynyalábot a belépő rés a spektrális eszköz ICP-51 2. Az prizmaegység bomlanak fehér fényt egy spektrumot. 3. Handle dob forgó 6 prizma a lemezre egy 4 horony, amelyen a hüvely erősítik a szilícium fotodióda lehet következtetni egy adott részét a spektrum. Következtetések fotodióda csatlakozik microamperometer 5.

A szilícium fotodióda - egy sugárzást vevő érzékelő elem, amely tartalmaz egy p-n csomópont, azaz, az érintkezési terület a p-típusú szilícium, amelyben hozzáadásával speciális adalékszerek többségi töltéshordozók a lyukak, a kisebbségi - .., elektronok, és az n-típusú szilícium amelyben a szennyeződéseket miatt a többségi hordozók elektronok és a kisebbségi - lyuk.

Mérési módszer chto fotodióda megvilágító fény különböző hullámhosszúságú (hullámhossz határozza meg a kalibrációs görbe), távolítsa el a fotodióda jelenlegi függőségét a hullámhosszon. Ezután ábrázoljuk IPH ν. Megtaláljuk a legalacsonyabb frekvenciát, amelynél a fotodióda generál nagyobb áramot, hogy neki a piros határ a belső fotoelektromos hatás ν0. Amikor a piros él található, a tiltott sáv kiszámítása a képlet (1).

3. Az, hogy a teljesítmény

A telepítés beállítása. Ha bármely terméket sikerül, forduljon a tanár vagy a technikus.

1. Tekintse át a telepítési és töltse ki a táblázatot műszerek előírásoknak.

4. Processing mérések

1. Az 1. táblázat, a telek a függőség az átfolyó áram árammérő, gyakorisága a beeső fény. Biztosítani kell, hogy van egy lineáris része alacsony frekvencián.

2. Alacsony frekvenciákon lineáris részének egy grafikon is metszi az abszcissza és kap így piros szegéllyel belső fotoelektromos hatás ν0.

3. Számítsuk ki a megfelelő hullámhosszúságú vörös határán a belső fotoelektromos hatás λ0 képletű

.

4. Keresse Δν0 hibát, és Δλ0, és az eredményeket a mérések formájában.

5. Az (1) képletű kap a szélessége a tiltott sávban szilícium. A válasz vezetünk bele, (J) és egy elektron-V (eV).

1. Mi az a belső fotoelektromos hatás?

2. az energia sávok vannak kialakítva?

3. Mind a zenekar elmélet anyagok vannak osztva vezetékek, szigetelők és félvezetők?

4. Mi az n-típusú félvezető és p-típusú félvezetők?

5. Mi a Fermi szint?

6. Mi történik, ha kapcsolatba lép a félvezető p - n-típusú és?

8. Mivel a zenekar az elmélet megmagyarázza a jelenlétét a vörös széle a belső fotoelektromos hatás?

9. Az ebben a vizsgálatban határozza meg a vörös széle a fotoelektromos hatás?

10. Mi a bandgap? Hogyan tudnánk egy piros szegéllyel, megtalálja a szélessége a tiltott sávban szilícium?