Описание установки

1. Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. – М., 1987 г.– С. 105-179.

2. Мухин Н.А., Моисеев В.С. Пропедевтика внутренних болезней. – Москва: Издательская группа ГЗОТАР – Медиа, 2005. – С. 197 - 238.

3. Ивашкин В.Т., Шептулин А.А. Пропедевтика внутренних болезней. – Москва: «МЕД ресс – информ», 2005. – С.

4. Гребенев А.Л. Пропедевтика внутренних болезней: Учебник.- М.: Медицина, 2001. С. 222-239.

5. Учебно-методическое пособие «Пропедевтическая диагностика заболеваний органов кровообращения», под ред. Л.В.Романькова, С.В.Смирнова, А.И. Кириченко, Е.Н. Зайцева. – Гомель, 2000. –76 С.

6. Василенко В.Х. Пропедевтика внутренних болезней. М., 1989. – С. 210-255.

7. Милькаманович В.К. Методическое обследование, симптомы и симптомокомплексы в клинике внутренних болезней. – Минск, 1995. - С. 243-259.

8. Лекционный материал.

 

 

Заведующий кафедрой, доцент Л.В. Романьков

 

Ассистент А.М. Решецкая

 

Дата

Лабораторная работа № 14

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОДИОДА С ЗАПИРАЮЩИМ

СЛОЕМ В ВЕНТИЛЬНОМ РЕЖИМЕ

 

Цель работы: изучение явления вентильного фотоэффекта, построение световой характеристики и определение интегральной чувствительности фотодиода с запирающим слоем.

Приборы и оборудование:

1. селеновый фотоэлемент;

2. Источник тока ВС 4-12 (на 4 В);

3. Лампа накаливания (6,3 В);

4. Микроамперметр М 906 (на 100 mА);

5. Ключ.

Теория

Вентильный фотоэффект - возбуждение светом электродвижущей силы (фото-э.д.с.) на границе между металлом и полупроводником или между полупроводниками с различным типом проводимости.

Наибольшее практическое значение имеет вентильный фотоэффект, возникающий при освещении p-n - перехода. Такой переход возникает в области кристаллического полупроводника, где меняется тип легирующей примеси (с акцепторной на донорную) и связанный с этим тип проводимости (с дырочной на электронную).

Пусть внутренней границей раздела двух областей полупроводника с различными типами проводимости является плоскость AB (рисунок 1, а). Слева от нее находится полупроводник n -типа, справа – полупроводник p- типа. Для n -области основными носителями являются электроны, для p -области дырки.

Рис.1

Различие в концентрации однотипных носителей в контактирующих областях полупроводника приводит к возникновению диффузных потоков электронов из n -области в p -область и диффузного потока дырок из p - области в n –область. При этом область с электронным типом проводимости заряжается положительно, а с дырочным – отрицательно (рисунок 1, б).

Таким образом, уход электронов из приконтактного слоя n- области приводит к возникновению в этом слое неподвижного положительного объемного заряда ионизированных атомов донорной примеси; обозначим толщину этого слоя через d_n. Уход дырок из приконтактного слоя p- области вызовет появление в этом слое неподвижного отрицательного объемного заряда, локализованного на атомах акцепторной примеси; обозначим толщину этого слоя через d_p. (рисунок 1, а). В приконтактной области образуется так называемый запирающий слой толщиной d=d_p + d_n, обедненный основными носителями тока: электронами в n -области, дырками – в р -области. На контакте областей электронного и дырочного типов возникает контактная разность потенциалов φ_к, создающая в p-n- переходе потенциальный барьер еφ_к, препятствующий дальнейшему переходу основных носителей.

При освещении p-n- перехода и прилегающих к нему областей в полупроводниках наблюдается внутренний фотоэффект, то есть образуются электронно-дырочные пары. Под действием электрического поля р-n- перехода образовавшиеся заряды разделяются: основные носители задерживаются контактным полем в своей области, неосновные – ускоряются и свободно проходят через р-n- переход. Этот процесс приводит к накоплению добавочных отрицательных зарядов в n- полупроводнике и положительных зарядов в p -полупроводнике.

Если цепь разомкнута, то на границах р-n- перехода накапливается объемный заряд, препятствующий движению неосновных носителей. Создаётся добавочная разность потенциалов φ_ф (фотоэлектродвижущая сила). Полярность φ_ф обратна полярности контактной разности потенциалов на неосвещенном р- n -переходе φ_к. Потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается на величину е φ_ф..

Это в свою очередь вызывает появление так называемого тока утечки J_у, текущего в прямом направлении. Величина фото-э.д.с. растет до тех пор пока возрастающий ток основных носителей не скомпенсирует фототок.

Если включить такой p-n- переход в замкнутую электрическую цепь, то в этой цепи под действием света возникнет электрический ток, который называется фототоком J_f. Возникающий в цепи фототок зависит от падающего светового потока, сопротивления цепи и свойств фотоэлемента. Зависимость фототока J_f от светового потока Ф называется световой характеристикой фотоэлемента. Обычно световая характеристика строится в виде графика J_f(Ф) в режиме короткого замыкания, т.е. при сопротивлении внешнего участка цепи R =0.

Световой поток можно определить как:

, (1)

где E - освещенность фотоэлемента, а S - его площадь. Так как мы используем точечный источник света и луч света перпендикулярен к поверхности фотоэлемента, то:

, (2)

Здесь I - сила света источника, r - расстояние от источника света до фотоэлемента.

Тогда:

(3)

Важной характеристикой фотоэлемента является его чувствительность. Интегральной чувствительностью К называется отношение фототока к падающему на фотоэлемент световому потоку Ф:

(4)

Обычно чувствительность измеряется в микроамперах на люмен. Учитывая (3), получим:

(5)

Значение К должно быть для определённого диапазона величин световых потоков практически постоянным.

Описание установки

Основные детали конструкции фотодиода с запирающим слоем показаны на рисунке 2. Нижний электрод (1), представляет собой прочную металлическую пластину. На него наносится полупроводник (2). Затем нижний электрод с нанесенным на него полупроводниковым слоем подвергается соответствующей обработке. Цель этой обработки заключается в создании в толще полупроводника p-n- перехода (3), играющего основную роль в осуществлении фотоэлектрических процессов. На наружную поверхность полупроводникового слоя наносится верхний металлический электрод (4), представляющий собой настолько тонкий слой металла, что он обладает способностью пропускать свет.

Для предохранения фоточувствительной поверхности фотоэлемента от вредного влияния окружающей среды, она покрывается пленкой прозрачного лака и помещается в пластмассовую оправу (5) с окошком для света.

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 3.

μА

Рис.3