МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра КЭОП
отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Физика конденсированного состояния»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ
|
Студент гр. 5209 |
|
Хабибулин А.Р. Дерий И. |
|
Преподаватель |
|
Гульков В.Н. |
Санкт-Петербург
2018
Описание установки
Вольт-амперные и световые характеристики исследуют с помощью схемы, приведенной на рис. 5.2, где G2 – регулируемый источник постоянного напряжения, PV – вольтметр для измерения напряжения на фоторезисторе; РА2 – микроамперметр для измерения фототока. Световой поток, падающий на фоторезистор, определяется током, протекающим через светодиод и измеряемым миллиамперметром РА1. Регулировка тока через светодиод осуществляется с помощью потенциометра источника тока G1. Зависимость светового потока, падающего на фоторезистор, от тока светодиода приведена на рис. 5.3.
|
|
|
|
|
Рис.1. Схема для исследования вольт-амперных и световых характеристик фоторезистора |
|
|
|
Рис. 2. Зависимость излучаемого светового потока от значения тока через светодиод |
Измерение постоянных времени фронтов нарастания н и спада сп фототока производится с помощью схемы, приведенной на рис. 5.4. Подавая на светодиод импульс тока с генератора G3 (Г5-26), мы получаем модулированное оптическое излучение, воздействующее на фоторезистор. Импульс фототока фоторезистора с сопротивления R1, которое по своему значению много меньше сопротивления освещенного фоторезистора, поступает на один из входов двухканального осциллографа. На другой вход осциллографа подается импульс напряжения с генератора G3.
|
|
|
Рис. 3. Схема для измерения времени нарастания н и времени спада сп импульса фототока исследуемого фоторезистора
|
Схемы для исследования вольт-амперных, световых и нагрузочных характеристик фотодиодов, а также для измерения их параметров, характеризующих инерционность фотоотклика, аналогичны схемам для исследования соответствующих характеристик фоторезистора. Отличие заключается лишь в том, что в цепи фотодиода вместо сопротивления R1 включен магазин сопротивлений нагрузки Rн.
Обработка результатов эксперимента.
-
Вольт-амперные и световая характеристики фоторезистора.
|
Imax= |
0В |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
U,В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
I,мкА |
0 |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,7 |
1,2 |
1,6 |
2 |
2,5 |
2,8 |
3,3 |
|
Imax= |
80мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
U,В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
I,мкА |
0 |
16,8 |
90 |
210 |
330 |
460 |
610 |
750 |
940 |
1100 |
1250 |
|
Imax= |
20мА |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
U,В |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
I,мкА |
0 |
20 |
50 |
90 |
140 |
210 |
260 |
310 |
380 |
450 |
510 |
Рис. 4. Вольта-амперные характеристики фоторезистора
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
Icв,мА |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
Iф,мА |
0 |
0,27 |
0,48 |
0,65 |
0,81 |
0,92 |
1,05 |
1,15 |
1,3 |
1,37 |
|
Ф,мВт |
0 |
0,3 |
0,45 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,45 |
1,62 |
1,85 |
2,2 |
Рис. 5. Световая характеристика светодиода при постоянном напряжении U=10 B
-
Расчет кратности изменения сопротивления фоторезистора при 10 в.
N = Rт/Rосв = Iосв/Iт=1250/3,3=379
-
Определение параметров а и X фоторезистора:
При линейной аппроксимации Iф = Аx получились значения X=1 A=0.8.
-
Построение вольт-амперных, световой и нагрузочной характеристик фотодиода.
|
|
Таблица 5 |
|
Imax= |
0А |
|
U,В |
I,мА |
|
-10 |
-0,2 |
|
-9 |
-0,2 |
|
-8 |
-0,2 |
|
-7 |
-0,2 |
|
-6 |
-0,2 |
|
-5 |
-0,2 |
|
-4 |
-0,2 |
|
-3 |
-0,2 |
|
-2 |
-0,2 |
|
-1 |
-0,2 |
|
0 |
0 |
|
0,1 |
0 |
|
0,2 |
0 |
|
0,3 |
0 |
|
0,4 |
0,31 |
|
0,5 |
1 |
|
0,6 |
1,8 |
|
0,7 |
3,12 |
|
0,8 |
4,04 |
|
0,9 |
5,4 |
|
1 |
6,9 |
|
Таблица 6 |
|
|
Imax= 80мА |
|
|
U,В |
I,мА |
|
-10 |
-2,37 |
|
-9 |
-2,36 |
|
-8 |
-2,35 |
|
-7 |
-2,34 |
|
-6 |
-2,33 |
|
-5 |
-2,31 |
|
-4 |
-2,29 |
|
-3 |
-2,28 |
|
-2 |
-2,25 |
|
-1 |
-2,22 |
|
0 |
-2,12 |
|
0,1 |
-1,59 |
|
0,2 |
0,07 |
|
0,4 |
0,12 |
|
0,5 |
1 |
|
0,6 |
2,43 |
|
0,7 |
3,45 |
|
0,8 |
6,08 |
|
0,9 |
7,72 |
|
1 |
10,48 |
|
|
Таблица 7 |
|
Imax= |
40мА |
|
U,В |
I,мА |
|
-10 |
-1,26 |
|
-9 |
-1,26 |
|
-8 |
-1,25 |
|
-7 |
-1,24 |
|
-6 |
-1,23 |
|
-5 |
-1,22 |
|
-4 |
-1,21 |
|
-3 |
-1,21 |
|
-2 |
-1,2 |
|
-1 |
-1,18 |
|
0 |
-1,16 |
|
0,1 |
-1,14 |
|
0,2 |
-1,14 |
|
0,3 |
-1,14 |
|
0,4 |
-1,14 |
|
0,5 |
1,05 |
|
0,6 |
2,47 |
|
0,7 |
3,98 |
|
0,8 |
5,55 |
|
0,9 |
7,71 |
|
1 |
10,9 |
Рис. 6. Вольт-амперные характеристики фотодиода
|
Rн= |
10кОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
|
U= |
0В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iсд,мА |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
Iф,мА |
0 |
-0,26 |
-0,55 |
-0,86 |
-1,11 |
-1,31 |
-1,43 |
-1,51 |
-1,58 |
-1,62 |
|
Ф,мВт |
0 |
0,3 |
0,45 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,45 |
1,62 |
1,85 |
2,2 |
|
S |
|
-0,87 |
-1,22 |
-1,08 |
-1,11 |
-1,09 |
-0,99 |
-0,93 |
-0,85 |
-0,74 |
|
U=-10В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9 |
||||||||||
|
Iсд,мА |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
||||||||||
|
Iф,мА |
0 |
-0,28 |
-0,58 |
-0,86 |
-0,96 |
-0,96 |
-0,96 |
-0,96 |
-0,96 |
-0,97 |
||||||||||
|
Ф,мВт |
0 |
0,3 |
0,45 |
0,8 |
1 |
1,2 |
1,45 |
1,62 |
1,85 |
2,2 |
||||||||||
|
S |
|
-0,93 |
-1,29 |
-1,08 |
-0,96 |
-0,80 |
-0,66 |
-0,59 |
-0,52 |
-0,44 |
||||||||||
Рис. 7. Световая характеристика фотодиода.
|
Imax= |
80мА |
|
|
|
Таблица10 |
|
R,кОм |
0 |
0,075 |
3 |
10 |
20 |
|
I,мА |
-2,2 |
-1,71 |
-0,1 |
-0,02 |
0 |
|
U,В |
-0,0022 |
-0,12825 |
-0,3 |
-0,2 |
0 |
|
P,мВт |
0,00 |
0,22 |
0,03 |
0,00 |
0,00 |
Рис. 8. Нагрузочная характеристика фотодиода