Laborator № 12
Determinarea siliciului interzise lățimea de bandă a marginii roșii a PhotoEffect interne
Scopul lucrării. Studiul fenomenului efectului fotoelectric intern; definirea frontierei roșii a efectului fotoelectric intern.
Efectul fotoelectric intern este de a muta electronii prin energia absorbită cuantele de lumină din banda de valență la banda de conducție. Acest fenomen poate fi observat în timp ce acoperă zona de contact între cele două semiconductori.
Semiconductors sunt o clasă de substanțe a căror conductivitate este mai mică decât cea a metalului, dar mai mult decât cea a dielectricilor. Proprietățile de semiconductori cristalini satisfăcător explicat prin teoria banda de solide.
După cum se știe, într-un atom izolat electroni au valori energetice discrete. Electronii de cristal interacționează nu numai cu nucleu său, dar, de asemenea, cu țările vecine, acest lucru duce la o schimbare de nivele discrete și formarea așa-numitelor benzi de energie. Aceste zone (zona permisă) sunt separate de regiuni ale zonelor interzise numite energie.
Partea de sus a unei zone de umplut complet numit electroni de valență. Următoarea zonă, banda de conducție. Poate fi fie umplut parțial (ca cu metale) sau complet liber la T = 0 K (ca semiconductori și dielectrici).
Lățimea benzilor permise de ordinul mai multor electron-volți, în timp ce numărul de niveluri în zona N este determinată de numărul de atomi care formează nivelele discrete ale zonei. Zona care conține nivele N poate, în conformitate cu principiul lui Pauli găzdui electroni 2N.
Conductivitate este posibilă numai atunci când este umplut parțial banda de conducție. În metalele este umplută parțial chiar la T = 0 C. în semiconductori și dielectrici la această temperatură este goală (Fig. 1). band Abilitatea de conducere umplere cu o creștere a temperaturii este determinată de bandgap
În cazul în care diferența de bandă este mică, așa cum este cazul cu semiconductori (
Dacă compoziția semiconductor chimic pură introduceți datele (donor sau acceptor) impuritate, este posibil să se obțină fie numai semiconductori cu tipul de conductivitate electrică (n tip semiconductor) sau gaură (p tip semiconductor). Acest lucru se datorează apariției în banda interzisă a donatorului, respectiv (adică, umplute cu electroni) nivele sau niveluri acceptor (Fig. 2). niveluri donatoare situate în apropierea benzii de conducție, astfel încât electronii pot cădea cu ușurință în această zonă, chiar și la temperaturi relativ scăzute. Prin urmare, nivelurile de acceptori sunt situate în partea de sus a benzii de valență, electronii se deplasează din zona pentru nivelurile de posturi vacante acceptor, formând o gaură în banda de valență.
Unul dintre principalii parametri ce caracterizează gazul de purtători liberi în semiconductori, este potențial chimic. Așa cum este aplicat gazul de electroni și gaura este de obicei denumit nivelul Fermi εF (nivelul Fermi din metale este ultimul nivel ocupat la T = 0 K).
Dacă între semiconductori p - și n - tip nu există contact, nivelurile Fermi ale modelelor lor de energie sunt dispuse la înălțimi diferite. De tip n semiconductor mai aproape de banda de conducție în tip p semiconductor mai aproape de banda de valență (fig. 3).
Să presupunem că pe semiconductor, o parte a circuitului închis, joncțiunea p-n apropierea lumina cade. În cazul în care energia fotonica
Ce determină valoarea fotocurentului? În special, numărul de fotoni incidente pe celula solara, iar capacitatea lor de a transfera electronii din banda de valență la banda de conducție. Presupunem că suntem interesați în gama de lungimi de undă a sursei de radiații trimite același număr de fotoni de lumină, indiferent de lungimea de undă. Un foton este capabil de a transfera un electron în banda de conducție, în cazul în care energia
Efectul fotoelectric este absent, atunci când mai puțin ν0 frecvență n Sa. Odată cu creșterea frecvenței ν crește numărul de electroni pe nivele de energie mai profunde mincinoase, interacțiunea care dă naștere unei fotocurentul (Fig. 1). Prin urmare, probabilitatea ca un foton interactioneaza cu un electron, rezultând în urma basculat banda de conducție, proporțională cu diferența
Acest model trebuie să fie confirmată experimental prin eliminarea dependenței fotocurentului pe frecvența radiației. La frecvențe joase,
2. Descrierea metodei de instalare și de măsurare
setarea circuitului prezentat în Fig. 5. Sursa de lumină 1 trimite un fascicul de lumină pe fanta de intrare a instrumentului spectrale ICP-51 2. Utilizarea unității de prismă descompune lumina alba intr-un spectru. 3. Mâner tambur prism 6 rotativ pe placa cu o fantă 4 pe care mantaua este întărită de fotodiodă de siliciu se poate deduce o anumită porțiune a spectrului. Concluzii fotodiodă conectat la microampermetru 5.
Fotodiodă de siliciu - un element sensibil receptor de radiație care cuprinde o joncțiune p-n, adică zona de contact de siliciu de tip p, în care, prin adăugarea de aditivi speciali purtători majoritari sunt găuri, minoritate - .., Electronii și siliciu de tip n în care impuritățile din cauza purtătorii majoritari sunt electroni și minoritate - gaura.
Metoda de măsurare este chto fotodiodă iluminarea luminii de diferite lungimi de undă (lungimea de undă determinată de curba de etalonare), îndepărtați dependența curentului fotodiodă pe lungimea de undă. Apoi, reprezentate pe Iph ν. Găsirea cea mai mică frecvență la care fotodioda genereaza mai mult curent, luați-o de frontiera roșie a efectului ν0 fotoelectric intern. Când se găsește marginea roșie, diferența de bandă se calculează cu formula (1).
3. Ordinea de performanță
Instalarea este setată. Dacă în timpul orice elemente au probleme, vă rugăm să consultați profesor sau tehnicianul.
1. Examinați instalarea și completează specificațiile tabelul de instrumentație.
4. Măsurători de prelucrare
1. Folosind tabelul 1, se trasează dependența curentului care circulă prin ampermetru, frecvența luminii incidente. Asigurați-vă că există o porțiune liniară la frecvențe joase.
2. La frecvențe joase partea liniară a unui grafic continuă să se intersecteze cu abscisa și a obține astfel, roșu de frontieră internă fotoelectric efect ν0.
3. Se calculează lungimea de undă corespunzând limitei roșii a interior fotoelectric formula efect λ0
4. Localizați eroare Δν0 și Δλ0 și prezintă rezultatele măsurătorilor sub formă.
5. Conform formulei (1) obține lățimea benzii interzise de siliciu. Răspunsul este lăsat să (J) și un electron-volți (eV).
1. Care este efectul fotoelectric intern?
2. Deoarece benzile de energie sunt formate?
3. Atât în ceea ce privește substanțele teoriei bandă sunt împărțite în conductori, izolatori și semiconductori?
4. Ce este semiconductori de tip n și semiconductori de tip p?
5. Care este nivelul Fermi?
6. Ce se întâmplă când contactați semiconductor p - n-tip și?
8. După cum teoria bandă explică prezența marginii roșii a efectului fotoelectric intern?
9. La fel ca în acest studiu este definit de marginea roșie a efectului fotoelectric?
10. Care este decalajul de banda? Cum știe un chenar roșu, puteți găsi lățimea benzii interzise de siliciu?