Снятие вольт-яркостных характеристик ЭЛИ.

1. Установить фотодиод над ЭЛИ с зеленым цветом свечения (ЭЛИ №1).

2. Выставить на генераторе частоту 0,4 кГц.

3. Меняя ручкой "регулировка выхода" генератора напряжение, подаваемое на ЭЛИ, и контролируя его вольтметром через каждые 20 В, измерить яркость свечения в относительных единицах по прибору М 95 (микроамперметр). Напряжение менять в пределах от 0 до 260В.

4. Данные занести в таблицу 1.

5. Провести аналогичные измерения для ЭЛИ №2 (синий) и ЭЛИ №3 (желто - оранжевый). Данные занести в таблицу 1. (Количество и цвет ЭЛИ в установке может измениться).

6. Построить на одном рисунке графики по данным таблицы 1 в координатах и определить наклон кривых по формуле

 

7. Пользуясь методикой определения ошибок косвенных измерений, найти относительную предельную ошибку в вычислении b.

 

Ошибки косвенных измерений можно вычислить по формуле:

,

где и - приборные ошибки.

 

Таблица 1

Яркость свечения ЭЛИ при различных значениях приложенного напряжения и частоте f=0,4 кГц

 

№ изм.	U, В		ЭЛИ № 1 эеленый	ЭЛИ № 2 синий	ЭЛИ № 3 желтый
			В	lnB	B	lnB	B	lnB
...

Упражнение 2.

Снятие частотно-яркостных характеристик ЭЛИ.

1. Установить фотодиод над ЭЛИ с зеленым цветом свечения (ЭЛИ №1).

2. Выставить на генераторе напряжение 150 В (контроль осуществляется по вольтметру).

3. Меняя ручкой "частота" генератора частоту возбуждающего напряжения, через каждые 0,5 кГц, измерить яркость свечения в диапазоне частот от 0 до 10 кГц. При этом важно, чтобы напряжение всегда было одним и тем же.

4. Данные занести в таблицу 2.

5. Провести аналогичные измерения для ЭЛИ №2 (синий) и ЭЛИ №3 (желто - оранжевый). Данные занести в таблицу 2. (количество и цвет ЭЛИ в установке может измениться).

6. Построить на одном рисунке графики по данным таблицы 2 в координатах .

7. Определить приборные ошибки измерений частоты по шкале генератора и яркости в относительных единицах по шкале амперметра.

 

Примечание. Данная работа доступна в компьютерном наборе в виде гипертекста и может быть выполнена на компьютере. Данные таблиц рекомендуется обрабатывать в программах электронных таблиц.

 

 

Таблица 2

Яркость свечения ЭЛИ при различных частотах возбуждающего напряжения при U=150 В

 

№ изм.	f, кГц	ЭЛИ № 1, зеленый	ЭЛИ № 2, синий	ЭЛИ № 3, желтый

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение явления люминесценции.

2. Приведите классификацию видов люминесценции в соответствии с источниками энергии (способами возбуждения).

3. Опишите энергетическую зонную диаграмму полупроводника.

4. Каково устройство электролюминесцентного излучателя?

5. От каких параметров возбуждения и окружающей среды зависит яркость свечения электролюминесцентного излучателя?

6. Чем определяется цвет свечения электролюминесцентного излучателя?

7. Расскажите об областях применения электролюминесцентных излучателей.

8. Каков метод регистрации интенсивности излучения в данной работе?

8. Расскажите о подсчете ошибок измерений.

Литература

[1] Физический энциклопедический словарь.-М.:"Советская энциклопедия",1989 г.

[2] Верещагин И.К.,Кокин С.М.,Никитенко В.А. Люминесценция твердых тел и ее применение. Методические указания.-М.:МИИТ, 1989.

[3] Электролюминесцентные источники света / И.К.Верещагин, Б.А.Ковалев,Л.А.Косяченко,С.М.Кокин //-М.:Энергоатомиздат,1990.-168 с.,:ил.

[4] Верещагин И.К.,Косяченко Л.А.,Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику.-М.;Высшая школа,1991.-192 с.:ил.

[5] Верещагин И.К. Электролюминесценция твердых тел.-М.: Знание,1981.-64 с.

[6] Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники.-М.: Советское радио,1971.-372 с.

[7] Никитенко В.А. Методические указания к лабораторной работе №55. Исследование люминесценции кристаллофосфоров.-М.:МИИТ,1979.

[8]. Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А., Селезнев В.А., Серов Е.А. Физика твердого тела/М.:МФО, 2000.

РАБОТА №45

 

ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В

ЗАПИРАЮЩЕМ СЛОЕ

 

Цель работы. Изучение физических явлений, лежащих в основе работы полупроводникового фотоэлемента с запирающим слоем, определение зависимости фототока от освещенности, снятие кривой спектральной чувствительности фотоэлемента и оценка ширины запрещенной зоны полупровод­ника.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Основу большинства фотоприемников, используемых в современных оптоэлектронных приборах, составляют диодные структуры. Их основное достоинство - простота устройства, что позволяет достигнуть оптимального сочетания физических и конструктивных параметров прибора и удобства в освоении новых материалов. Поскольку при решении последней задачи, если не всегда удается получить не только транзистор с удовлетворительными характеристиками, но и просто р—п переход, то предпочтение отдается барьеру, возникающему при контакте металла с полупроводником (барьеру типа Шоттки). Изготовление барьеров Шоттки основано на прие­мах стандартной технологии, причем особенно важно, что большинство способов изготовления контактов металл — полупроводник являются низкотемпературными.

Устройство селенового фотоэлемента, изучаемого в настоя­щей работе, представлено на рис. 1. Стальная подложка 1 покрыта слоем 2—3 селена, на который нанесен тонкий полу­прозрачный слой золота 4. Область 3 селена обеднена основ­ными носителями и является запирающим слоем. Стальная подложка и слой золота являются электродами фотоэлемента. Селеновый слой и электроды наносятся путем испарения. Толщина слоя селена 0,1 мм, толщина полупрозрачного золо­того электрода 0,01 мкм. Поверх золотой пленки наносят антиотражающее покрытие из сернистого цинка 5. Это по­крытие вызывает интерференционное гашение лучей, отра­женных от его поверхности и границы с золотом. Селеновые фотоэлементы с запирающим слоем представляют собой при­боры с большим выходным напряжением (до 500 мВ), удов­летворительным КПД (до 1%) и областью максимальной чувствительности в середине видимой части спектра, что делает их наиболее пригодными для цветной и других видов фотометрии. Известно их широкое применение в современных фотоэкспонометрах, что связано с близостью их спектральной характеристики к кривой чувствительности глаза человека.

Барьер типа Шоттки.

Этот потенциальный барьер образуется при контакте металла с полупроводником, в частности, золота с се­леном. Допустим, что между металлом и дырочным полупро­водником создан надежный контакт (рис. 2). На рисунке: Е -энергия “дна” свободной зоны, Е - энергия “потолка” валентной зоны; F , F —уровни Ферми металла и полупроводника, А , А - работы выхода электрона из металла и полупроводника.

Если уровень Ферми изолированного металла F лежит выше уровня Ферми полупроводника F , - т. е. < , то в первый момент их соприкосновения поток электронов из металла превышает поток электронов из полу­проводника.

 

 

 

 

Металл заряжается положительно, а полупровод­ник отрицательно, и возникшее между контактирующими образцами электрическое поле будет препятствовать переходу электронов из металла в полупроводник. Процесс идет до тех пор, пока уровни Ферми с обеих сторон не совпадут, и не установится динамическое равновесие. Контактная разность потенциалов (), возникающая между металлом и полупроводником, определяется из разности работ выхода

 

(1)

и практически полностью падает в приконтактной области полупроводника. Напряженность электрического поля в приповерхностном слое полупроводника, вызванного контактной разностью потенциалов, искривит его зоны энергии относительно уровня Ферми книзу. Поэтому вблизи контакта число электронов в свободной зоне увеличивается, а число дырок в валентной зоне убывает. Это означает, что в дырочном полупроводнике возникнет запирающий слой (слой с обеднен­ной концентрацией дырок).