Температуры? Записать формулы.

2. Что называется термическим коэффициентом сопротивления?

3. Что называется энергией активации полупроводника?

4. Изобразите энергетические зоны для металлов, диэлектриков и полупроводников.

5. Укажите расположение уровня Ферми для металлов, собственных и примесных полупроводников.

6. Что называется собственной проводимостью полупроводников, описать механизм проводимости.

7. Что называется электронной примесной проводимостью полупроводников, описать механизм проводимости.

 

8. Что называется дырочной примесной проводимостью полупроводников, описать механизм проводимости.

9. Выведите формулу (8) для температурной зависимости сопротивления чистых полупроводников.

10. Как можно уменьшить сопротивление полупроводника?

11. Расскажите, в чем заключается явление сверхпроводимости.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕТОДОМ ФРАНКА И ГЕРЦА.

  Цель работы: определить резонансные потенциалы возбуждения инертных газов методом задерживающего поля.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

При изучении газового разряда было обнаружено, что электроны, ионизирующие газ, должны иметь определённую энергию, чтобы произвести ионизацию. В 1902 г. Ленард впервые поставил опыты по определению ионизационных потенциалов атомов различных элементов. Франк и Герц продолжили исследования, и результаты этих опытов были опубликованы в 1913 г.

Опыты Франка и Герца подтвердили существование дискретных энергетических уровней атома, и поэтому они имели фундаментальное значение как опыты, экспериментально подтверждающие созданную Нильсом Бором теорию строения атома.

Согласно теории Бора атом может существовать только в определённых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определённое значение энергии. Поэтому атом может поглотить лишь порции энергии, равные разности энергий двух стационарных состояний. В частности атому нельзя передать энергию меньше той, которая необходима для перевода его из нормального стационарного состояния в первое возбуждённое.

   Наиболее удобным методом, позволяющим сообщить атому регулируемое количество энергии, является метод бомбардировки атомов электронами, ускоряемыми в электрическом поле. Если энергия электрона меньше критической, которая необходима для перевода атома в первое возбуждённое состояние, то столкновение между электроном и атомом будет упругим, т. е. электрон не передаст атому

 

 своей энергии, а лишь изменит направление своей скорости.

   Если же энергия электрона больше этой критической энергии, то столкновение между электроном и атомом может быть неупругим, т. е. электрон при соударении с атомом передаст атому как раз ту энергию, которая необходима для перевода атома в возбуждённое состояния. Остаток энергии электрон унесёт с собой.

  В опытах Франка и Герца было установлено, что существуют вполне определённые значения энергии, при которых столкновение электрона с атомом происходит неупруго (при меньших энергиях – упруго). Разность потенциалов U, сообщающая электрону энергию, равную энергии возбуждения атома, обычно называют критическим потенциалом атома. Численно он равен энергии возбуждения атома, выраженной в электронвольтах. Если имеет место переход из основного состояния на первый возбуждённый уровень, то критический потенциал называется первым или резонансным потенциалом атома.

  Атом не находится долго в возбуждённом состоянии и самопроизвольно возвращается в основное состояние. При этом переходе атом отдаёт ранее полученную энергию в виде энергии светового кванта - , где - постоянная Планка, - заряд электрона.

В этой работе для определения резонансного потенциала используется метод задерживающего поля. Суть метода состоит в том, что электроны, испускаемые катодом лампы при неупругом соударении с атомами теряют часть своей энергии, приобретённой в ускоряющем поле. Потерявшие энергию электроны не могут преодолеть задерживающее поле, и это приводит к уменьшению анодного тока, получаемого при снятии вольтамперной характеристики трёхэлектродной газонаполненной лампы (рис. 1). В опытах Франка и Герца лампа заполнялась парами ртути под небольшим давлением. В лампе имеются три электрода: К – катод, С – сетка и А – анод.

 

Рис. 1. Трехэлектродная лампа.

  На сетку лампы относительно катода подаётся ускоряющий потенциал U_y. На анод подаётся небольшой отрицательный относительно сетки потенциал U_зад и создаётся слабое задерживающее поле. Вольтамперная характеристика, т.е. зависимость анодного тока I_a от ускоряющего потенциала сетки U_y имела вид, представленный на рис. 2. Сила тока в начале монотонно возрастает, достигая максимума при U₁, после чего с дальнейшим увеличением U_y резко падает, достигая минимума и снова начинает расти. Максимумы тока повторяются при U₂, U₃ и т. д.

 

                    

 

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика.

  Такой ход кривой объясняется тем, что при столкновении электронов с атомами ртути последние могут поглощать лишь дискретные порции энергии: , либо , где , ,  - энергии стационарных состояний;  - заряд электрона.

Электроны, эмитируемые катодом К, разгоняются ускоряющим напряжением U_y и, если их энергии достаточны для преодоления задерживающего поля U_зад, попадают на анод А и создают ток I_a. Чем больше скорость, с которой электроны достигают сетки С (чем больше U_y), тем больше будет доля электронов, достигающих анод (тем больше I_a). При некотором определённом значении ускоряющего потенциала U_y= U₁, когда электрон имеет энергию в промежутке катод-сетка , соударения их с атомами ртути становятся неупругими. При этом электроны передают атомам энергию  и не могут уже преодолеть задерживающий потенциал U_зад. Анодный ток падает. При дальнейшем увеличении ускоряющего потенциала, когда остаточная энергия электронов, испытывающих неупругий удар, станет достаточной для преодоления тормозящего поля, анодный ток I_a начнёт снова возрастать. При ускоряющем потенциале U₂, электрон на пути катод – анод может дважды претерпеть неупругое соударение с ато-

 

мами ртути, теряя при этом энергию , вследствие чего сила тока снова начнёт уменьшаться. Разность значений ускоряющих потенциалов, соответствующих двум последовательным максимумам, равна резонансному потенциалу атома.

  Измеряя энергии, передаваемые электроном атому при столкновении, можно сделать заключение о разности энергий соответствующих состояний атома.