ФКС_5лаба. ФКС_5лаб.. Исследование фотоэлектрических характеристик полупроводниковых материалов и структур на их основе
 Скачать 99.99 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра фотоники отчет по лабораторной работе №5 по дисциплине «Физика конденсированного состояния» Тема: Исследование фотоэлектрических характеристик полупроводниковых материалов и структур на их основе
Санкт-Петербург 202Х Цель работы Изучение фотоэлектрических параметров полупроводниковых материалов на примере исследования и определения основных характеристик двух типов приемников оптического излучения – полупроводниковых фоторезисторов и фотодиодов. Описание установки Вольт-амперные и световые характеристики исследуют с помощью схе- мы, 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 изме- ряемым миллиамперметром РА1. Регулировка тока через светодиод осуществ- ляется с помощью потенциометра источника тока G1. Для определения вели- чины светового потока следует использовать график зависимости светового потока Ф, падающего на фоторезистор, от тока светодиодаIсд.  Рис.1. Схема для исследования вольт-амперных и световых характеристик фоторезистора Схемы для исследования вольт-амперных, световых и нагрузочных ха- рактеристик фотодиода, а также для измерения их параметров, аналогичны схемам для исследования соответствующих характеристик фоторезистора. Отличие заключается лишь в том, что в цепи фотодиода вместо сопротивле- ния R1 включен магазин сопротивлений нагрузки Rн. Обработка результатов эксперимента Вольт-амперная и световая характеристики фоторезистора. Таблица 1. ВАХ фоторезистора при различных токах светодиода
Rн = 20 кОм.  Рис.2. Темновая ВАХ  Рис. 3. ВАХ при различной освещенности фоторезистора Таблица 2. Зависимость фототока от светового потока.
 Рис. 4. Световая характеристика фоторезистора. Расчет кратности изменения сопротивления фоторезистора Для расчета будет использовать формулу 1:  где  Таблица 3. Кратность измерений сопротивления при U=5 B.
Таблица 4. Кратность измерений сопротивления при U=10 B.
Аппроксимация световой характеристики Для аппроксимации используем формулу 2:   Получили, что: А = 824 х = 0,886 Вольт-амперная, световая и нагрузочная характеристики фотодиода. Таблица5 –ВАХфотодиодавтемновомрежиме,припрямомU.
Таблица 6 –ВАХфотодиодавтемновомрежиме,приобратномU.
Таблица 7–ВАХосвещенного фотодиода,когда черезсветодиодустановленток80мАприпрямомU
Таблица 8–ВАХосвещенного фотодиода,когда черезсветодиодустановленток80мАприобратномU
 2 1  Рис. 5. ВАХ фотодиода (1 – Iсд = 0 мА; 2 – Iсд = 80 мА) Таблица9–Световаяхарактеристикафотодиодавфотогальваническом(вентильном)режимеработы.
Таблица 10–Световаяхарактеристикафотодиода в фотодиодном режимеработы.
2 1  Рис. 6. Световая характеристика фотодиода (1 – вентильный режим; 2 – Фотодиодный режим) Таблица11–Нагрузочныехарактеристикаввентильномрежиме.
 Рис.7. Нагрузочная характеристика Расчет чувствительности фотодиода Используем формулу 3:  Таблица 5. Чувствительность фотодиода
7. Максимальная мощность Максимальная мощность будем определять по нагрузочной характеристике.
Следовательно, мощность фотодиода в вентильном режиме будет максимальной при 𝑅н = 75 Ом Определим значение тока насыщения 𝐼нас. Сравним полученное значение со значением 𝐼нас, найденным по вольт-амперной характеристике неосвещенного фотодиода. Для этого воспользуемся формулой: 
Вывод При выполнении данной лабораторной работы были изучены свойства фоторезистора и фотодиода. По вольт-амперным характеристикам фоторезистора можно сделать вывод, что при увеличении тока через светодиод, то есть увеличении освещенности, увеличивается ток, протекающий через наш фоторезистор – Рисунок 3 и 4. Чем больше освещенность фоторезистора, тем меньше его сопротивление. Были получены значения констант А=0,82 и х=0,64 для аппроксимации световой характеристики данного фоторезистора. В таблице 3 и 4 приведены результаты расчета кратности изменения сопротивления, которые имеют наиболее важное значение для практического применения. Вольт-амперная характеристика фотодиода совпадает с теоретическими данными. При приложении прямого напряжения ток быстро растет – уменьшается ширина запрещенной зоны, то есть падает сопротивление. При приложении обратного напряжения протекает обратный ток, связанный с движением неосновных носителей заряда. При освещении фотодиода, образуются пары электрон-дырка, которые создают дополнительный ток, совпадающий по направлению с обратным током. На рисунке 7 представлена нагрузочная характеристика фотодиода при освещении светодиодом, через который протекает ток I=80 мА. По данной характеристике была определена максимальная мощность равная P = 130 мкВт. В таблице 5 приведены рассчитанные значения чувствительности фотодиода. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||