MethodOpticAtom2013_2
.pdf
носителей в зонах материала туннельного диода. Снятие вольтамперной ха- |
||||||||
рактеристики ТД отличается рядом особенностей, обусловленных отрица- |
||||||||
тельным динамическим сопротивлением диода на падающем участке харак- |
||||||||
теристики от Imax до Imin . |
|
|
|
|||||
|
Если |
внутреннее |
сопротивление |
|
|
+12 В |
||
|
|
|
|
|
|
РА |
||
источника смещения больше, чем от- |
|
|
||||||
|
|
|
||||||
рицательное |
динамическое сопротив- |
1.2к |
4.3к |
3.6к |
||||
ление ТД, то вместо статической |
|
|
|
|||||
вольтамперной характеристики будет |
КТ605 |
|
||||||
наблюдаться |
кривая |
гистерезисного |
П37 |
|||||
|
|
|||||||
типа (точки 1…5 и штриховые прямые |
|
+ |
R |
|||||
|
|
|
|
|
РU |
|
||
на рис. 15.3). Схема установки для сня- |
|
470 |
||||||
|
ГИ305А 10М |
|||||||
тия |
вольтамперных |
характеристик |
|
|
||||
|
|
|
||||||
представлена на рис. 15.5. Включение |
Рис. 15.5. Схема установки для снятия |
|||||||
ТД через эмиттерный повторитель по- |
||||||||
прямых вольтамперных характеристик |
||||||||
|
|
|
|
|
||||
зволяет уменьшить эффективное внут- |
|
туннельных диодов |
||||||
реннее сопротивление источника сме- |
|
|
|
|||||
щения. Изменением сопротивления резистора R меняют напряжение на базе |
||||||||
транзистора П37, при этом меняется ток ТД, который контролируется милли- |
||||||||
амперметром РА в коллекторной цепи транзистора КТ605. Напряжение на ТД |
||||||||
измеряется вольтметром PU. |
|
|
|
|||||
Указания по подготовке к работе
1.Изучить теорию туннельного эффекта для прямоугольного потенциального барьера. Получить выражение (15.3) для коэффициента прозрачности прямоугольного барьера.
2.Оценить энергию Ферми в материале германиевого туннельного диода из следующих представлений. При T = 0 К функция Ферми w(E, 0) = 1 для всех энергий E EF . Тогда концентрация носителей (известная) связана с
|
|
|
|
|
|
|
EF |
|
|
|
|
энергией Ферми соотношением N |
|
G(E)dE . Используя выражение (15.5), |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
EC |
|
|
|
|
|
N |
1 |
|
2m 3 2 |
EF EC |
3 2 |
2 |
3 2N 2 3 |
|||
получаем |
|
|
|
|
|
, откуда EF EC |
|
|
. При |
||
3 2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2m |
|||
расчетах принять концентрацию электронов и дырок равной 8 1025 м–3.
91
3. Найти энергию Ет , соответствующую максимуму функции распределения электронов в зоне проводимости, исследованием на экстремум функ-
|
0 . Для самопроверки здесь приводится сразу ко- |
|||
ции (15.4): dn dE |
E E |
|||
|
m |
|
|
|
нечный результат: EF Em 1.1 kT. |
|
|||
4. Оценить значения Umax и Umin |
вольтамперной характеристики гер- |
|||
маниевого туннельного диода. Расчет вести по формулам |
||||
Umax 2(EF Em ) e; |
Umin 2(EF Ec ) e. |
|||
Результаты сравнить со справочными значениями соответствующих па- |
||||
раметров для исследуемого туннельного диода. |
||||
5. Используя типичные |
параметры германиевого туннельного диода |
|||
(ширина запрещенной зоны Eg 0.67 |
эВ, толщина перехода l 2 нм, пло- |
|||
щадь перехода S 10–3см2 ), |
по формуле (15.3) оценить вероятность тун- |
|||
нельного перехода электронов |
через барьер. Энергию частицы принять |
|||
равной E Em EC EF EC 1.1 kT , |
высоту барьера определить выраже- |
|||
нием U0 2(EF EC ) Eg . |
|
|
||
6. По формуле Imax eSND
Em Ec 
2m оценить ток в максимуме вольтамперной характеристики диода. Результат сравнить с экспериментальным значением Imax для исследуемого диода.
Указания по выполнению наблюдений
Включить установку. Изменяя потенциометром R (ручка «Смещение» на панели прибора) ток диода, снять вольтамперную характеристику диода. Интервал прямых напряжений на диоде (0…0.5 В) разбить на 15–20 значений, в каждой точке устанавливать по возможности неизменное напряжение (с погрешностью, допускаемой вольтметром), по миллиамперметру определять ток диода. Повторить снятие вольтамперной характеристики 5…7 раз в обе стороны (при увеличении и уменьшении напряжения на диоде). Данные представить в виде таблицы. Особое внимание обращать на фиксацию результатов в экстремальных точках.
Указания по обработке результатов и содержанию отчета
1. По результатам измерений построить график зависимости тока диода от напряжения смещения (вольтамперную характеристику). Для каждой пары значений ток – напряжение указать на графике доверительные интервалы.
92
2. Из графика найти значения Umax , Umin и Imax . Оценить доверительную погрешность этих результатов.
3. По полученным результатам Umax , Umin и Imax оценить положение уровня Ферми, максимума плотности распределения электронов в зоне проводимости по отношению к дну зоны проводимости EC, а также вероятность туннелирования электронов через р–n-переход. Экспериментальные результаты сравнить с результатами предварительных расчетов.
4. Сформулировать выводы по работе.
93
Список литературы
1. Савельев И. В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. Электричество и маг-
нетизм. Волны. Оптика. СПб.: Лань, 2006.
2.Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976.
3.Калитеевский Н. И. Волновая оптика. СПб.: Лань, 2010.
4.Морозов В. В., Соботковский Б. Е., Шейнман И. Л. Методы обработки результатов физического эксперимента: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», 2004.
5. Савельев И. В. Курс общей физики в 3 т. Т. 3. Квантовая оптика.
Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементар-
ных частиц. СПб.: Лань, 2007.
6.Барщевский Б. У. Квантово-оптические явления. М.: Высш. шк., 1982.
7.Вертц Дж., Болтон Дж. Теория и практические приложения метода ЭПР. М.: Мир, 1975.
8.Лундин А. Г., Федин Э. И. Ядерный магнитный резонанс. М.: Наука,
1980.
94
Оглавление |
|
Лабораторная работа 1. Определение фокусных расстояний линз ........... |
3 |
Лабораторная работа 2. Определение длины световой волны |
|
с использованием бипризмы .................................................................................. |
9 |
Лабораторная работа 3. Интерференция при наблюдении колец |
|
Ньютона.................................................................................................................. |
14 |
Лабораторная работа 4. Дифракционная решетка ..................................... |
18 |
Лабораторная работа 5. Исследование дифракции света |
|
на отражательной дифракционной решетке....................................................... |
25 |
Лабораторная работа 6. Измерение показателя преломления по углу |
|
наименьшего отклонения луча в призме ............................................................ |
30 |
Лабораторная работа 7. Исследование линейно поляризованного света 35 |
|
Лабораторная работа 8. Исследование частично поляризованного |
|
света ........................................................................................................................ |
40 |
Лабораторная работа 9. Исследование поляризации световых волн при |
|
отражении от поверхности диэлектрика............................................................... |
45 |
Лабораторная работа 10. Исследование закономерностей теплового |
|
излучения нагретого тела ..................................................................................... |
49 |
Лабораторная работа 11. Исследование внешнего фотоэффекта ............ |
57 |
Лабораторная работа 12. Исследование внутреннего фотоэффекта....... |
63 |
Лабораторная работа 13. Исследование эффекта Зеемана методом |
|
индуцированных квантовых переходов электронов в атоме............................ |
70 |
Лабораторная работа 14. Исследование ядерного магнитного |
|
резонанса и определение магнитного момента ядра атома .............................. |
79 |
Лабораторная работа 15. Исследование туннельного эффекта |
|
в вырожденном p–n-переходе .............................................................................. |
84 |
Список литературы ....................................................................................... |
94 |
95
Вяткин В. М. Комашня А. В. Комашня В. Л. Малышев М. Н. Шейнман И. Л.
Оптика и атомная физика
Лабораторный практикум
Редактор Н. В. Лукина
_______________________________________________________
Подписано в печать: Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 6.0.
Тираж 1500 экз. Заказ Гарнитура «Times New Roman».
_______________________________________________________
Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
96