Лабораторна [В.М.1] робота № 6.7
ВИВЧЕННЯ вентильну фотоефекту
Вивчення вентильного фотоефекту. Побудова світлових характеристик, визначення чутливості фотоелемента.
Вентильний фотоефект полягає у виникненні електрорушійної сили в переході під дією світла. перехід утворюється в області контакту напівпровідників з різним типом провідності або в області контакту напівпровідника і металу. Найбільше практичне значення має вентильний фотоефект, що виникає в області контакту напівпровідників з різним типом провідності. Розглянемо саме такий випадок [В.М.2].
При висвітленні переходу напівпровідників світлом (рисунок 7.1б) фотони світла взаємодіють з валентними електронами напівпровідників в переході і прагнуть передати електронам свою енергію. Якщо енергія фотонів більше ширини забороненої зони основного напівпровідника:
то з валентної зони електрони можуть перекидатися в зону провідності, а у валентній зоні при таких переходах з'являються дірки (рисунок 7.2). Завдяки цьому в переході виникають додаткові вільні носії заряду, електрони і дірки.
Під дією контактного поля фотоелектрони з переходу переміщаються в напівпровідник - типу, а дірки переміщаються в напівпровідник - типу (рисунок 7.1б). Цей процес призводить до накопичення додаткових негативних зарядів в "" полупроводнике і позитивних зарядів в "" полупроводнике. На кордонах переходу з'являється додаткова різниця потенціалів, яка і являє собою фотоелектродвіжущую силу (фото-е.р.с.).
Якщо включити такий перехід в замкнутий електричний ланцюг, то в цьому ланцюгу під дією світла виникне електричний струм, який називається фотострумом. Виникає в ланцюзі фотострум залежить від падаючого світлового потоку, опору ланцюга і властивостей фотоелемента. Залежність фотоструму від світлового потоку називається світловий характеристикою фотоелемента. Зазвичай світлова характеристика будується в вигляді графіка в режимі короткого замикання, тобто при опорі зовнішнього ділянки ланцюга.
У нашій установці:
де - освітленість фотоелемента, а - його площа. Так як ми використовуємо точковий джерело світла і промінь світла перпендикулярний до поверхні фотоелемента, то:
Тут - сила світла джерела, - відстань від джерела світла до фотоелемента.
Важливою характеристикою фотоелемента є його чутливість. Чутливістю називається відношення фотоструму до падаючого на фотоелемент світлового потоку:
Зазвичай чутливість вимірюється в мікроамперах на люмен. З огляду на (4), отримаємо:
Якщо перед фотоелементом встановлена діафрагма з діаметром. діаметром більше фотоелемента, то - це площа світлового плями, вирізуваного діафрагмою. тоді:
Формула (7) є робочою для експериментального визначення чутливості фотоелемента. Ще раз нагадуємо, що зазвичай в формулу (7) фототок підставляється в мікроамперах [В.М.4].