Лабораторный практикум по физике оптика

называют обратным (или тепловым) током, так как из (11) следует, что этот ток протекает через переход при отрицательном U , т.е. когда p- n переход (диод) включен в обратном направлении. Постоянная C зависит от материала полупроводника, степени легирования, типа и геометрии перехода (точечный, плоскостной), технологии его изготовления (дрейфовый, диффузионный, эпитаксиальный, сплавовый) и не может быть определена теоретически в общем случае.

Вид вольтамперной характеристики, определенный выражением (11) показан на рис. 2 (участок AB соответствует прямому включению, BC – обратному включению). Качественно она хорошо совпадает с характеристиками реальных полупроводниковых диодов, которые были первыми полупроводниковыми устройствами, нашедшими применение на практике.

Используя вольтамперную характеристику легко найти основные параметры p- n перехода: контактный потенциал

ϕ и ширину запрещенной зоны W .

Рис.2. Вольт-амперная характеристика p- n перехода.

190

Экспериментальная часть.

Описание установки

Экспериментальная установка изображена на рис.3. p- n переход с сопротивлением R подключают к источнику напряжения ε и помещают в термостат. В установке предусмотрена возможность плавного изменения температуры термостата и ее измерения цифровым термометром. На передней панели расположены:

1)мультиметр для измерения тока и напряжения при снятии вольт – амперных характеристик;

2)тумблер включения термометра – «термометр»;

3)тумблер « I − U » - измерения тока и напряжения на полупроводниковом образце;

4)тумблер включения установки – «сеть» с индикатором;

5)ручка регулировки напряжения на полупроводниковом

образце «U »;

6) ручка регулировки нагрева печи – «нагрев» (позиция против часовой стрелки до упора – печь выключена);

7) переключатель « D1 − D2 » - подключения диодов (позиция D1 – туннельный диод, позиция D2 – диод D9Б).

Рис. 3.

192

Порядок выполнения работы

1. При комнатной температуре термостата исследуйте вольтамперную характеристику p- n перехода. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

U, B

I, A

2.Постройте график вольтамперной характеристики.

3.Изменяя и измеряя температуру термостата при

фиксированном значении напряжения прямого включения U , снимите зависимость тока в цепи от температуры полупроводника. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Т, 0С Т, К 1/Т I, A

4. По результатам измерений таблицы 2 постройте график (рис. 4.)

Рис.4. Зависимость логарифма тока от величины обратной температуры.

194

5. Измеряя тангенс угла наклона графика (рис.4) определите, согласно (13)

6.Повторите измерения п.п. 1-5 для диода D - 2.

Контрольные вопросы

1.Можно ли построить диод ( p- n переход) с обратным током равным нулю?

2.Каким образом по вольтамперной характеристике можно найти величину контактного потенциала?

3.Какими свойствами обладает p- n переход?

4.Объясните влияние внешнего электрического поля на свойства p- n перехода.

5.Какие правила по технике безопасности предусматривает данная работа?

195

Литература

1.Савельев И.В. Курс обще физики. В 5-ти кн. Кн. 4. Волны. Оптика. Кн. 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: Изд-во Астрель, 2002.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5-ти т. Т. 4. Оптика. М.: Физматлит, 2002. 792 с.

3.Бутиков Е.И. Оптика. СПб.: Невский диалект, 2003. 480 с.

4.Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. СПб.: Изд-во «Лань», 2005. 112 с.

5.Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред.Л.Л. Гольдина. М.: Наука, 1973. 688 с.

6.Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965. 568 с.

7.Лабораторный практикум по физике. Под ред. А.С. Ахматова. М.: Высшая школа, 1980. 360 с.

8.Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике. Под ред. Е.М. Гершензона и А.Н. Мансурова. М.: Академия, 2004. 464 с.

9.Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М.: Высшая школа, 1970. 448 с.

10.Физический практикум. Электричество и оптика. Под ред. В.И. Ивероновой. М.: Наука, 1968. 816 с.

196

Содержание:

Введение…….………………………………………………………....................3

Лабораторная работа № 1. Определение показателя преломления стекла при

Лабораторная работа № 2. Определение показателя преломления стекла при

Лабораторная работа № 4. Определение показателя преломления жидкости

Лабораторная работа № 5. Определение чувствительности фотоэлемента…

………………………………………………………………...41 Лабораторная работа № 7. Светотехнические характеристики и световое

поле лампы накаливания……………………………………………………….47 Лабораторная работа № 8. Определение длины световой волны методом колец Ньютона………………………………………………………………….57 Лабораторная работа № 9. Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки……………………………………………………….67 Лабораторная работа № 10. Изучение свойств полупроводниковых солнечных элементов…………………………………………………………..81 Лабораторная работа № 13. Определение постоянной Стефана – Больцмана…………………………………………………………..91

Лабораторная работа № 15. Изучение поляризованного света……………...99 Лабораторная работа № 21. Измерение функции распределения электронов по скоростям в вакууме……………………………………………………….114 Лабораторная работа № 22. Изучение распределения частиц в гравитационном поле Земли………………………………………………….121 Лабораторная работа № 23. Законы теплового излучения для вольфрама……………………………………………………………………...130 Лабораторная работа № 24. Изучение распределения Ферми – Дирака для электронов проводника……………………………………………………….151 Лабораторная работа № 25. Исследование электропроводности полупроводников……………………………………………………………...158 Лабораторная работа № 26. Контакт двух

полупроводников (p – n переход)…………………………………………….

168 Литература…………………………………………………..............................175

197