OPTOELEKTRONIKA IV. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE WEWNĘTRZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH.

Transkrypt

1 1 IV. ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE WEWNĘTRZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH. Cel ćwiczenia: Wyznaczenie postawowych parametrów spektralnych fotoprzewozącego etektora poczerwieni. Opis stanowiska: Monochromator-SPM- z pryzmatem -NaCl,G60 lub Si. Oświetlacz halogenowy - la < 4.5 m ; zas < 0V Globar I zas < 1 A Moulator mechaniczny o częstości moulowania ok. 1.5 Hz Zwierciała Detektor fotoprzewozący PbS o powierzchni światłoczułej 10 mm Nanowoltomirz selektywny 33 lub wzmacniacz pomiarowy Zasilacz stabilizowany P 315 Woltomierz, Amperomierz Opornica ekaowa

2 Przebieg ćwiczenia: 1. Zmierzyć charakterystykę I- nieoświetlonego etektora fotoprzewozącego w zakresie o -10 A o +10 A la obywu kierunków polaryzacji. W tym celu połączyć ukła wg schematu przestawionego na rys.1. Wyłącznik K ma być wyciśnięty. Rys.1 Włączyć zasilanie po sprawzeniu ukłau przez prowazącego!. Na postawie pomiarów I, z prostoliniowej części wykresu wyznaczyć rezystancję różniczkową R D baanego etektora ( wzór (4)). 3. Zmierzyć charakterystykę spektralną etektora fotoprzewozącego w zakresie ługości fali o 0.7 m o ok.3 m. W tym celu należy w obecności prowazącego: - w skrzynce pomiarowej połączyć rezystancję obciążenia równą rezystancji ciemnej etektora: R L = R D. W tym celu należy połączyć opornik R L o gniaz na wtyki bananowe a następnie wcisnąć włącznik K. - oświetlić etektor. W tym celu zestawić ukła optyczny wg schematu przestawionego na rys.. Na zasilaczu halogenu ustawić napięcie 10V, szczelinę monochromatora nastawić na 0.5mm, wybrać ługość fali z zakresu wizialnego, wyjustować ukła optyczny (wykła (8)).

3 3 Rys.. - ustawić wartość prąu płynącego przez fotoetektor nie większą niż 10 A; - wyjście ze skrzynki pomiarowej połączyć z bezpośrenio z wejściem WZMACNIACZA POMIAROWEGO; Wzmacniacz pomiarowy pracuje, gy "czerwony" wtyk przewou ze skrzynki połączony jest o wyjścia "+" zasilacza. -zmieniając ługość fali światła oświetlającego etektor mierzyć napięcie wyjściowe wy na oporności R L. 4. Policzyć stosunek napięcia wy o napięcia na wyjściu termopary termop (patrz tabela I) la zmierzonego zakresu ługości fali ; znaleźć maksimum (jest to maksimum czułości etektora). 5. Dla ługości fali opowiaającej temu maksimum wyznaczyć: - zależność napięcia na wyjściu o prąu stałego płynącego przez etektor fotoprzewozacy wy = f (I fotoet ) nie przekraczając maksymalnego prąu etektora równego 7 A; - zależność napięcia na wyjściu w funkcji oporności obciążenia wy = f (R L ). W tym celu z zestawu oporników należy wybrać ok. 10 oporników o wartości oporu o kilkuziesięciu o kilkuziesięciu (skorzystać z omomierza METEX). Oporniki należy połączyć o wtyków bananowych w skrzynce, jenocześnie wciskając włącznik K. Aby wybrać oporność korzystając z oporów wbuowanych w skrzynkę, należy wcisnąć włącznik oznaczony opowienią wartością.

4 4 Opracowanie wyników: 1. Wykreślić ciemną charakterystykę I- etektora fotoprzewozacego.. Narysować charakterystykę spektralną czułości wzglęnej etektora fotoprzewozącego (wzór (1)). Z ocięcia ługofalowego tej charakterystyki wyznaczyć przerwę energetyczną E g materiału półprzewonikowego z którego wykonano etektor. 3.Narysować charakterystykę spektralną wyajności kwantowej (wzór (3) ). 4. Wykreślić charakterystyki czułości etektora o prąu I fotoet i rezystancji obciążenia R L. 5. Przeprowazić yskusję otrzymanych wyników. Porównać parametry baanego etektora z anymi literaturowymi la innych fotoetektorów na poobny zakres spektralny (wykła (9)). Literatura: J.Piotrowski, A.Rogalski - "Półprzewonikowe etektory poczerwieni" Wykłay 5, 6, 8 i 9 Źróła i etektory WZORY KONIECZNE DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA 1. Spektralna czułość napięciowa etektora fotonowego R v ( ): R v ( ) = R vt T A A T [V/W] (1) gzie R vt ( ) czułość spektralna etektora termicznego (termopary lub etektora piroelektrycznego), A T i A oświetlone powierzchnie etektora termicznego i etektora fotonowego.. Jak uwzglęnić wzmocnienie przewzmacniacza? Jeśli napięcie na wyjściu etektora jest wzmocnione przez wzmacniacz o wzmocnieniu k [B] i jego wartość zmierzona wynosi m., wówczas napięcie rzeczywiste na etektorze jest równe:

5 5 k = 10 log m m 0 log k log m m = 10 k/0 0 = m 10 -k/0 () ( Np. jeśli k = 0 = m /10 ) 3. Wyajność kwantowa etektora fotowoltaicznego: hc 1 η R v( ) 100% (3) eλ R gzie h stała Plancka, c prękość światła, e łaunek elektronu, - ługość fali, R v ( ) - spektralna czułość napięciowa etektora, R D - rezystancją etektora nieoświetlonego: D 1 1 I I RD (4) 0 0 Aby obliczyć bezwzglęną wartość wyajności kwantowej la etektora fotoprzewozącego, należy uwzglęnić jeszcze współczynnik wzmocnienia G ( patrz notatki o wykłau 9), jenakże zależność funkcyjna ( ) bęzie naal określona poprzez iloraz R v ( )/ zgonie ze wzorem (3). Pytania kontrolne. 1. Moel pasmowy ciała stałego.. Półprzewoniki samoistne i omieszkowane. 3. Absorpcja światła w półprzewonikach. 4. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne. 5. Detektory fotonowe fotoprzewozące i parametry je charakteryzujące.