Ćwiczenie nr E7 Badanie charakterystyk fotooporu.
FIZYKA	Ocena z kolokwium:	Ocena ze sprawozdania:	Ocena końcowa:

1) 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· ≥ ∆E

 - 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.

2) 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:

Tabela I

lp.	l[m]	U1[dz]	E[lx]	U2[V]	I[mA]
1.	0,15	20	17	1,7	0,010
2.	0,15	30	65	1,4	0,030
3.	0,15	40	150	0,7	0,063
4.	0,15	50	260	0,5	0,060
5.	0,15	60	400	0,4	0,080

Tabela II

lp.	U1[dz]	E[lx]	I[mA]	U2[V]	l[m]
1.	20	33	0,045	2,5	0,1
2.	30	126	0,16	2,5	0,1
3.	40	230	0,33	2,5	0,1
4.	50	470	0,50	2,5	0,1
5.	60	720	0,68	2,5	0,1

Tabela III

lp.	x[m]	I[mA]	E[lx]	l [m]	U2[V]
1.	0,03	75	900	0,1	2,5
2.	0,06	77	900	0,1	2,5
3.	0,04	68	900	0,1	2,5

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

E = E_o e^-kx =>

k₁ = 17,321 m^-1

k₂ = 7,258 m^-1

k₃ = 21,725 m^-1

Korzystając z metody różniczki zupełnej obliczam Δk

Δk₁ = 6,59 m^-1

Δk₂ = 2,98 m^-1

Δk₃ = 4,45m^-1

k₁ = ( 17,32±6,59) m^-1

k₂ = ( 7,25±2,98) m^-1

k₃ = ( 21,72±4,45) m^-1

Obliczam średnią wartość k

Δk_śr = ( 15,71 ± 4,5 ) m^-1

WNIOSKI:

Założony cel został osiągnięty. Na niedokładność pomiarów mogło wpłynąć wiele czynników tj. niedokładność zmysłów podczas odczytywania wartości z urządzenia inne przyczyny to wada urządzenia oraz niska klasa miernika.

Pasmo przewodnictwa elektronowego

Pasmo zapełnione

Poziomy donorowe

---