Imię i nazwisko: Ślęzak Bartosz	Ćwiczenie nr E7 Badanie charakterystyk fotooporu.
Kierunek i rok: Fizyka II rok	Ocena z kolokwium: Data: Podpis:	Ocena ze sprawozdania: Data: Podpis:	Ocena końcowa: Data: Podpis:
Nazwisko prowadzącego zajęcia: dr A. Domagała

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Zjawisko fotooporu wewnętrznego polega na zmianie przewodnictwa elektrycznego ciał stałych pod wpływem oświetlenia. Zachodzi ono głównie dla półprzewodników. Przewodnictwo wzrasta, gdy kosztem dostarczanej energii elektrony przechodzą z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa tworząc parę nośników prądu: elektron- dziura.

Zjawisko to jest możliwe wówczas, gdy wartość energii kwantu promieniowania świetlnego jest równa lub większa od szerokości pasma wzbronionego.

h· ≥ ∆W

 - częstość padającego promieniowania świetlnego

h - stała Plancka

∆W - szerokość przerwy energetycznej w modelu pasmowym

Półprzewodnikami nazywamy dużą liczbę substancji, których opór właściwy mieści się w zakresie od 10^-5 Ω·m do 10⁸ Ω·m, i bardzo szybko maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Typowe, najszerzej stosowane półprzewodniki to pierwiastki chemiczne german, krzem, tellur.

Fotoopornik

Składa się on z długiej i cienkiej taśmy półprzewodnika ułożonego w sposób pokazany na rysunku. Przed uszkodzeniami mechanicznymi taśma jest chroniona warstwą szkła organicznego. Znajduje on zastosowanie w telewizorach jako przyrząd do automatycznej regulacji jasności obrazu w zależności od oświetlenia pomieszczenia.

Natężenie oświetlenia

Oznaczamy je symbolem E i definiujemy jako pochodną strumienia świetlnego względem powierzchni ustawionej prostopadle do biegu promienia:

E = dФ/dS

.

Jednostką natężenia oświetlenia jest luks[lx],który zgodnie z powyższym wzorem posiada wymiar: lx = lm · m^-2

gdzie lumen (lm) jest jednostką strumienia świetlnego Φ.

Przewodnictwo samoistne półprzewodnika związane jest z dwoma rodzajami nośników prądu- z elektronami w paśmie przewodnictwa i dziurami w paśmie walencyjnym. Każdemu elektronowi, który przeszedł do pasma przewodnictwa, odpowiada jedna dziura w paśmie walencyjnym. Koncentracje elektronów n_e i dziur n_d są jednakowe i szybko rosną wraz ze zwiększaniem się temperatury T zgodnie ze wzorem

gdzie ΔW jest energią aktywacji przewodnictwa samoistnego.

Przewodnictwo elektryczne półprzewodników, związane z występującymi w nich centrami domieszkowymi nazywamy przewodnictwem domieszkowym.

Domieszki stanowią atomy lub jony obcych pierwiastków oraz rozmaite defekty sieci krystalicznej (puste węzły, dyslokacje powstające przy odkształceniu kryształu). Domieszki zmieniają okresowe pole elektryczne w ciele stałym, a także wpływają na ruch elektronów i ich stany energetyczne.

w przypadku gdy do półprzewodnika wprowadzone są równocześnie domieszki donorowe i akceptorowe, charakter przewodnictwa (typu p lub typu n) będzie zależał od tego, które domieszki dają większą koncentrację nośników prądu. Koncentracja i energia elektronów (oraz dziur) w półprzewodnikach -w odróżnieniu od metali -silnie zależy od temperatury i zwiększa się przy jej wzroście.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Tabela pomocnicza

odległość In		0.2[m]	0.15[m]	0.1[m]	0.05[m]
lp.	U1[dz]	E[lx]	E[lx]	E[lx]	E[lx]
1.	17	2	4	17	22
2.	20	10	17	33	64
3.	30	40	65	120	280
4.	40	96	150	230	610
5.	50	160	260	470	980
6.	60	270	400	720	—
7.	70	370	530	900	—
8.	80	470	700	—	—
9.	90	550	820	—	—
10.	100	620	900	—	—

Otrzymane wyniki przedstawiam w tabelach poniżej

Tabela I

lp.	l[m]	U1[dz]	E[lx]	U2[V]	I[mA]
1. 2. 3. 4. 5.	0,1	20	33	20 30 40 50 60	11 16 22 27 33
1. 2. 3. 4. 5.	0,1	30	120	20 30 40 50 60	31 45 62 77 93
1. 2. 3. 4. 5.	0,1	40	230	20 30 40 50 60	60 90 120 160 190
1. 2. 3. 4. 5.	0,1	50	470	20 30 40 50 60	110 160 220 270 330
1. 2. 3. 4. 5.	0,1	60	720	20 30 40 50 60	140 210 280 350 430

Tabela II

lp.	U1[dz]	E[lx]	I[mA]	U2[V]	l[m]
1.	20	33	0,6	2,5	0,1
2.	30	120	1,9	2,5	0,1
3.	40	230	3,6	2,5	0,1
4.	50	470	5,6	2,5	0,1
5.	60	720	7,4	2,5	0,1

Tabela III

lp.	x[m]	I[mA]	E[lx]
1.	0,003	3,8	870
2.	0,006	3,5	790
3.	0,009	3,3	742

Obliczam współczynnik absorpcji k dla trzech grubości absorbenta x jeśli wiadomo, że:

E = E_o e^-kx =>

k₁ = 11,30 m^-1

k₂ = 19,63 m^-1

k₃ = 21,45 m^-1

Korzystając z metody różniczki zupełnej obliczam Δk

Δk₁ = 0,46 m^-1

Δk₂ = 0,28 m^-1

Δk₃ = 0,18m^-1

Średnią wartość k :

k_śr = 17,46 m^-1

Średnią wartość Δk :

Δ k_śr =0,31 m^-1

Wartość k wynosi :

k=(17,46 ± 0,31) m^-1

WNIOSKI:

Na niedokładność pomiarów w tym ćwiczeniu mogło wpłynąć wiele czynników tj. niedokładność zmysłów podczas odczytywania wartości z urządzeń inne przyczyny to wady urządzeń, niska klasa mierników oraz ich zużycie. Jednak cel ćwiczenia został zrealizowany.

Pasmo przewodnictwa elektronowego

Poziomy donorowe

Pasmo zapełnione

---