Методика эксперимента

Основой работы фотоэлемента является появление фотоэдс при облучении светом p-n - перехода. Схема устройства полупроводникового фотоэлемента представлена на рис. 4.

Е сли на фотоэлемент направить световой поток, то каждый поглощенный фотон рождает пару электрон – дырка. Появление дополнительных носителей заряда нарушает равновесие в p- и n- областях, что вызывает диффузию носителей через границу p-n - перехода. На границе возникает дополнительная разность потенциалов, соответственно фотоЭДС, и при наличии внешнего сопротивления - фототок I_ф.

Сила фототока зависит от величины светового потока, падающего на фотоэлемент. Кроме того, при одной и той же мощности излучения сила фототока зависит от длины волны падающего света, и эта зависимость может иметь резкий максимум. Такого рода явление называется селективным или избирательным фотоэффектом.

Спектральной характеристикой фотоэлемента является спектральная чувствительность, которая определяется отношением

,

где I_ф – сила фототока; _ - поток световой энергии, падающий на фотоэлемент, различный для различных длин волн.

Если бы для всех длин волн _ = const, то для относительной спектральной чувствительности была бы справедлива формула

, (1)

где I_ - сила фототока при длине волны падающего на фотоэлемент света равной ; I_max – максимальное значение фототока.

Чтобы уравнять потоки световой энергии, нужно воспользоваться графиком (рис. 5) зависимости коэффициента пропорциональности K от .

Ширину запрещенной зоны Е полупроводника можно рассчитать по определению ″красной границы″ фотоэффекта

, (2)

где h – постоянная Планка; с – скорость света в вакууме; _max – максимальная длина волны падающего света, при которой еще наблюдается фотоэффект.

Порядок выполнения работы

1. Включить в сеть источник света (лампу накаливания ) и гальванометр.

2. Направить свет от источника через конденсор на щель монохроматора.

3. Вращая барабан монохроматора, найти максимальное отклонение ″зайчика″ гальванометра 6 (меняя ширину входной щели).

4. Изменяя длину волны от 400 до 700 нм, через 20 нм, с помощью монохроматора, снять значения силы тока. Данные занести в таблицу измерений.

5. По графику (см. рис. 5) определить переводные коэффициенты К_. Занести их в таблицу измерений.

6. По формуле рассчитать I_, занести в таблицу измерений.

7. Выбрать из всех значений I_ максимальное и по формуле (1) определить _отн. Построить график зависимости _отн от длины волны света.

8. Рассчитать по формуле (2) ширину запрещенной зоны полупроводника в эВ.

Таблица измерений

.	I, эксп	K	I	отн

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются энергетические состояния электрона в изолированном атоме и твердом теле?

2. Что такое запрещенные и разрешенные энергетические уровни?

3. Чем отличаются по зонной теории диэлектрики, полупроводники и металлы?

4. Чем обусловлена проводимость собственного полупроводника?

5. Каков механизм проводимости примесных полупроводников?

6. Каков механизм фотопроводимости? Что называется «красной» границей фотопроводимости?