Материал: 4304

11

Для исследований используется селеновый фотоэлемент (солнечная батарея), представляющий собой контакт дырочного полупроводника (селен) и металла (железная подложка). Фоторезистор состоит из светочувствительного слоя полупроводника толщиной около 1 мкм, нанесенного на стеклянную пластинку. На поверхность полупроводника нанесены токонесущие электроды.

Рис. 3. Схема установки для исследования фотоэлектрических явлений в полупроводниках

Вопросы на дискуссию по теме «Температурное сканирование биокомпозитов»

1.Какими механизмами можно моделировать процесс пироэлектрического эффекта в древесине?

2.Перечислите области практического применения пироэлектрических свойств полимеров и полимерных композитов.

3.В рамках какой физической модели рассмотрены механизмы возникнове-

ния пироэлектричества в полимерах?

4. Обоснуйте адекватность базовой модели предложенной феноменологиче-

ской теории возникновения пироэлектрического эффекта в древесине.

5. Составьте конспект вывода основного уравнения поляризационного эф-

фекта в древесине.

6. В рамках какой физической модели можно получить разность потенциалов в древесине при перепаде температуры окружающей среды?

12

Тема практического занятия «Исследование сопротивления полупроводникового терморезистора с помощью МУК ФОЭ 1»

Задача – определить коэффициент температурной чувствительности и ширину запрещенной зоны терморезистора. Представить отчет по результатам исследований с оценкой точности используемой методики эксперимента и физики наблюдаемых явлений.

Теоретический минимум Основополагающий принцип. Квантовомеханический принцип за-

прета Паули, согласно которому каждое состояние может быть занято не более чем одним электроном.

Терморезистором (термистором) называется полупроводниковое сопротивление, величина которого резко зависит от температуры. Ма-

лые габариты, высокая механическая прочность и надежность, большой срок службы и высокая чувствительность терморезисторов определили их широкое применение в приборах для измерения и регулирования температуры, температурной компенсации элементов электрических цепей, измерения мощности электромагнитного излучения и т.д.

У большинства термисторов сопротивление уменьшается с увеличением температуры, т.е. их дифференциальное сопротивление отрицательно.

Свойства термисторов определяются температурной характеристикой, которая представляет собой зависимость сопротивления R от температуры Т и носит экспоненциальный характер:

где R∞ – постоянная, характеризующая материал и размеры термистора, В – коэффициент температурной чувствительности, который постоянен для данного термистора и зависит от свойств его материала, его можно определить из экспериментальных данных, используя зависимость:

где R1, R2 – сопротивления термистора при температурах Т1 и Т2.

13

Используемая аппаратура: модульный учебный комплекс МУК-

ФОЭ1, включающий в себя: стенд с объектами исследования С3-ТТ01 (см.

рис. 1); блок генератора напряжений ГН1; блок амперметра-вольтметра АВ1.

В стенде С3-ТТ01 установлен полупроводниковый оксидный терморезистор,

нагреватель, а также термометр, показывающий термодинамическую темпе-

ратуру Т.

Кроме того, на практических занятиях проходит обсуждение индивидуальных заданий. Индивидуальное задание позволяет самостоятельно проверить усвоение дисциплины и выявить вопросы для обсуждения с преподавателем.

Варианты индивидуального задания Вариант №1

1. Известно, что в кристалле, в котором связи обусловлены силами Ван-дер-Ваальса, равновесное межатомное расстояние r0 = 1,50 Å, а энергия на 10% меньше, чем в случае, когда учитываются только силы притяжения. Чему

2.Определить плотность кристалла стронция, если известно, что кристаллическая решетка гранецентрированной кубической сингонии, а период решетки равен 0,43 нм.

3.Определить величину квазиимпульса фонона соответствующего час-

тоте =0,4 max. Усредненное значение скорости звука в кристалле < >=2000 м/с, характеристическая температура Дебая Д=150К. Дисперсией звуковых волн в кристалле пренебречь.

14

Вариант №2

1. Межатомное расстояние в положении равновесия r0 = 3Å, энергия диссоциации (расщепления нейтральной молекулы на противоположно заряженные ионы) молекулы Uд= – 4 эВ. Вычислить значения коэффициентов и, если n = 2, m = 10. Найти силы, стремящиеся вернуть атомы в положение равновесия при изменении межатомного расстояния r0 на 10 %.

2.Плотность кристалла NaCl равна =2,18 103 кг/м3. Атомный вес натрия равен 23, а хлора – 35,46. Определить постоянную решетки.

3.Определить скорость звука в кристалле поваренной соли, зная, что температура Дебая равна 1670 К и а=1,04 Å.

Вариант №3

1.Вычислить значение энергии кристаллической решетки NaCl, если постоянная n, характеризующая потенциал сил отталкивания, равна 9,4 , а постоянная Маделунга 1,75. Постоянная решетки NaCl равна 2,81 Å.

2.Чему равно число атомов в элементарной ячейке гексагональной плотноупакованной решетки?

3.Вычислить минимальную длину волны Дебая в титане, если его характеристическая температура 278 К, а скорость распространения звука

6000 м/с.

Вариант №4

1.Вычислить энергию отталкивания для КСl, если энергия диссоциа-

ции равна (–4,40) эВ. Принять r0 = 2,79 Å, энергию ионизации атома калия равной 4,34 эВ, энергию сродства атома хлора к электрону (–3,82 эВ).

2.Пусть гранецентрированная кубическая и гексагональная решетки построены из одинаковых атомов, представляющих собой жесткие сферы с радиусом r. Показать, что часть объема, занятая атомами при таком располо-

жении, равна: 2 0,74 .

6

3. Найти энергию фонона, соответствующего граничной частоте Дебая, если характеристическая температура Дебая равна 250 К.

Вариант №5

1.Рассмотреть, к каким возможным последствиям для постоянной решетки, сжимаемости и энергии решетки приведет удвоение заряда хлористого натрия, если считать, что потенциал отталкивания останется постоянным.

2.Два элемента а и b образуют кристалл аb, у которого решетка типа NaCl. Показать, что атомы, расположенные по диагонали грани куба, не мо-

гут касаться друг друга, если ra больше чем 2,44.

rb

3. Какова максимальная энергия фононов в кристалле свинца, если его характеристическая температура равна 94 К?

Текущий контроль тоже осуществляется на практических занятиях через обсуждение решений стандартных задач. Таким способом аспирант закрепляет информацию полученную в дискуссии.

1.Как изменится энергия электрона, соответствующая триплету (1,1,1) в 0- D объекте, если размер объекта увеличить в 2 раза?

2.На рисунке дана схема энергетических уровней атома водорода, а также условно изображены переходы электрона с одного уровня на другой, сопровождающиеся излучением кванта энергии. В ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию Лаймана, в видимой области – серию

4.Определите отношение минимальной длины волны в серии Бальмера к максимальной длине волны в серии Лаймана.

5.Трансляционная группа в кристалле называется …

7.Как известно, распределение носителей заряда по уровням энергии не является равномерным и зависит от значения энергии W и температуры. Для дырок с энергией W функция распределения имеет вид…

8.При низком уровне инжекции для концентраций неравновесных носителей справедливо…