Порядок выполнение лабораторной работы

 

    1. Объект исследования:   кристаллы ZnSe и GaP.

    2. Схема лабораторной установки. Лабораторная установка представляет собой спектрофотометр СФ-26 с установленными в нем пластинами исследуемых кристаллов (рис. 1). Принцип работы прибора следующий. Свет от источника (лампы накаливания) превращается  в параллельный пучок и подается на диспергирующую призму, где разлагается в спектр. Требуемый участок спектра вырезается с помощью щели. Ширина щели может изменяться в пределах от 0,01 до 20 мм (ручка 1) и контролируется по шкале ЩЕЛЬ (2). Поток лучей вырезанного участка спектра попадает на фотоприемник, выходное напряжение которого регистрируется стрелочным прибором (3). Относительная интенсивность Т светового потока (при выбранной ширине щели) отсчитывается по верхней

 

Рис 1. Передняя панель СФ-26 (органы управления, не используемые в работе, не показаны)

 

шкале стрелочного прибора. Длина волны спектральной составляющей изменяется путем поворота диспергирующей призмы (ручка 4) и контролируется по шкале ДЛИНА ВОЛНЫ (5). Если на пути светового потока поместить исследуемый образец, то стрелочный прибор зарегистрирует только ту часть потока, которая пройдет через образец.

В работе исследуется спектр оптической прозрачности кристаллов ZnSe и GaP в диапазоне волн от 640 до 400 нм. Исследуемые образцы размещаются в светонепроницаемом отсеке спектрофотометра (кювете) между оптической системой и фотоприемником (рис. 2), закрепляются на специальной каретке и могут перемещаться в направлении перпендикулярном световому потоку с помощью выдвижного штока, на который насажена ручка (6). При полностью вдвинутом штоке на пути светового потока оказывается образец ZnSe, при полностью выведенном – образец GaP. Среднее положение, отмеченное красной меткой на выдвижном штоке, соответствует прямому попаданию светового потока на вход фотоприемника.

Рис. 2. Схема размещения образцов

 

Порядок выполнения экспериментальной части работы

 

    Порядок подготовки и включения спектрофотометра. Перед включением  спектрофотометра в сеть в присутствии преподавателя (лаборанта) ознакомьтесь с размещением исследуемых образцов. Проверьте  положение органов управления спектрофотометра: переключатель ЗАКР-ОТКР (7) должен находиться в положении ЗАКР; переключатель К-Ф на верхней панели СФ-26 должен находиться в положении Ф (фотометрия); ручка НУЛЬ (8) должна быть  была повернута до предела по часовой стрелке.

    Включите спектрометр:

    – установите ширину щели – 0,3 мм (ручка 1, шкала ЩЕЛЬ 2);

    – включите вилку шнура питания спектрофотометра в розетку, а тумблер (9) переключите в положение СЕТЬ, при этом должны загореться две лампочки: лампочка СЕТЬ и красная лампочка Н;

    – дайте спектрофотометру прогреться в течение 15 мин.;

    – ручкой НУЛЬ (8), установите стрелку прибора (3) на нулевую отметку верхней шкалы.

    2. Измерение спектральной характеристики системы «источник света – фотоприемник»:

    – поставьте выдвижной шток с помощью ручки 6 в среднее положение (выдвиньте шток до появления красной метки);

    – установите длину волны 640 нм (ручка 4);

    – переключатель ЗАКР-ОТКР (7) переведите в положение ОТКР;

    – медленно уменьшая длину волны (ручка 4), добейтесь максимального отклонения стрелки, и затем, изменяя ширину щели (ручка 1), установите стрелку прибора на отметку 100% (Т₀ = Т_{0( max )} = 100 %) В дальнейшем ширину щели не менять! После этого снова установите длину волны 640 нм;

    – изменяя длину волны через 20 нм, определите относительную интенсивность Т₀ спектральных составляющих в диапазоне длин волн от 640 до 400 нм, и результаты запишите в табл. 1.

Таблица 1. Экспериментальные и расчетные характеристики

Длина волны l, нм	Результаты измерений, %			Результаты расчетов
	Т0	Т1	Т2
	Без образца	ZnSe	GaP
640 . . 400

 

    3. Измерение оптической прозрачности образцов ZnSeи GaP.

    Образец ZnSe:

    – установите длину волны 640 нм;

    – полностью вдвиньте выдвижной шток (при этом на пути светового потока окажется образец ZnSe);

    – изменяя длину волны через 20 нм, определите относительную интенсивность спектральных составляющих Т₁ в диапазоне длин волн от 640 до 400 нм и результаты запишите в табл. 1; при некоторой длине волны (граница световой прозрачности l _гр) интенсивность спектральной составляющей, прошедшей через образец, становится равной нулю Т₁ = 0 и при дальнейшем уменьшении длины волны не изменяется; медленно изменяя l вблизи Т₁ = 0, определите точное значение l _1гр и запишите его в табл. 2.

Таблица 2. Значения граничных длин волн

l 1гр =

l 2гр =

 

    Образец GaP:

– установите длину волны 640 нм;

– полностью выдвиньте шток (при этом на пути светового потока окажется образец GaP);

– по аналогии с образцом ZnSe измерьте оптическую прозрачность Т₂ = f ( l ) и граничную длину волны l _2гр ; результаты запишите в табл. 1 и 2.

    Внимание. После окончания измерений необходимо:

– переключатель (7) перевести в положение ЗАКР.;

– выключить тумблер СЕТЬ (9);

– вынуть  вилку шнура питания спектрофотометра из сетевой розетки.

 

4. Обработка результатов измерений:

– рассчитайте нормирующие коэффициенты K = T _{0( max )} / T ₀ и нормированные интенсивности спектральных составляющих  T ₁ ¢ = T ₁ K ,% и T ₂ ¢ = T ₂ K ,% для всех длин волн, для которых проведены измерения; результаты расчетов запишите в табл. 1.

– постройте на одном графике зависимости Т ¢ ₁ = f₁( l ) и Т ¢ ₂ = f₂( l ) образцов ZnSe и GaP; там же нанесите уровень Т₀ = Т_{0 ( max )} = 100%;

– рассчитайте ширину запрещенной зоны D W в электронвольтах (1эВ=1,6×10^-19Дж) для образцов ZnSe и GaP по формуле:

                                                                                                    

где h = 6,67×10^-34 , Дж с – постоянная Планка; с = 3×10⁸, м/с – скорость света;  l _гр – граничная длина волны, м.

3. Содержание отчета

    1. Цель работы.

     2. Перечень оборудование.

     3. Результаты измерений и расчетов.

     4. Выводы.

 

 

Контрольные вопросы

    1. Почему ширина запрещенной зоны характеризует электрические свойства твердых тел?

    2. Какое физическое явление лежит в основе изучаемого метода определения ширины запрещенной зоны?

    3. В каких пределах должна находится величина ширины запрещенной зоны, чтобы ее можно было измерить на данном спектрофотометре?

 

Рекомендуемая литература

    1. Жеребцов И. П. Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.

    2. Епифанцев Г. Н., Шена В. П. Твердотельная электроника: учебник для студентов вузов. М.  Высш. Шк., 1986. 304 с.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Лабораторная работа № 1 «Элементы структурной кристалл-

                                             лографии»……………………………… …….

2.Лабораторная работа № 2  «Рентгеноструктурный анализ поли-

                                             кристаллов» …………………… …………….

3. Лабораторная работа № 3   «Исследование электрофизических свойств

                                           перехода» …………………………….

4. Лабораторная работа № 4 «Исследование свойств полупроводников с

                                         помощью эффекта Холла»…………… ……..

5. Лабораторная работа № 5 «Исследование варикапа» .… …… …. ….…..

6. Лабораторная работа № 6 «Измерение упругих и пьезоэлектрических

                                              модулей пьезоэлектрических кристаллов

                                              методом резонанса и антирезонанса» ………

7. Лабораторная работа № 7 «Определение ширины запрещенной зоны полупролводников» ……………………..