Физика \ Физика

Физика: Методические указания к лабораторным работам (Эффект Холла в полупроводниках . Измерение температуры нагретых тел с помощью радиационного пирометра. Изучение работы оптического квантового генератора (лазера). Исследование люминесценции кристаллофосфоров), страница 15

t, с

I1,

мкА

I2,

мкА

I3,

мкА

I4,

мкА

I5,

мкА

IСР,

мкА

y = - 1

10

15

20

25

30

35

40

50

60

R = … м;                                 I0 = … мкА

8. Определить средние арифметические значения силы тока фоторезистора Iср в исследуемые моменты времени затухания люминесценции и полученные данные занести в таблицу 2 (примем одинаковые обозначения силы тока через фоторезистор и интенсивности люминесценции, так как в данных условиях это прямо пропорциональные величины).

9. По полученным данным построить график зависимости Iср от t для двух фиксированных расстояний R1 и R2.

10. Построить два графика в координатах  - 1 (по оси ординат) и t (по оси абсцисс); значения I0, R1 и R2 заданы на стенде. Определить закон затухания люминесценции.

11. Для момента времени t1 = 20 с, когда преобладают случайные ошибки измерений, по методу Стьюдента, оценить на какую величину истинное значение силы тока отличается от его среднего значения IСР. Для этого следует определить параметр ΔI, характеризующий ширину кривой распределения Стьюдента:

ΔI = a(n, P) S,                                          (14)

где a(n, P) – коэффициент Стьюдента, который в случае пяти измерений (n = 5) и доверительной вероятности P= 0,95 равен 2,8. Множитель S, который входит в выражение (14), следует рассчитывать по формуле

S = .                                  (15)

В конечном итоге результаты прямых измерений при t1 = 20 c записать в виде

I(P = 0,95) = IСР ± DI.                                    (16)

12. Для момента времени t1 = 20 c (преобладают случайные ошибки) и t2 = 60 c (преобладает приборная ошибка) рассчитать ошибки косвенных измерений величины y =  - 1.

13. Провести линейный регрессионный анализ экспериментальной зависимости y =f(t). Задача линейного регрессионного анализа (метода наименьших квадратов) заключается в том, чтобы, зная положение некоторых точек на плоскости, полученных в результате эксперимента, провести линию регрессии так, чтобы сумма квадратов отклонений  вдоль оси y имеющихся точек от проведенной прямой была минимальной (принцип Лежандра).

Для уравнения прямой у = bt + a, где a и b – постоянные величины, задачу метода наименьших квадратов можно выразить так:

U = .                                (17)

Построенная таким образом линия регрессии позволяет с некоторой вероятностью предсказать в интересующем нас интервале t любые значения y при отсутствующих в таблице значениях t. Для ее построения необходимо вычислить значения коэффициентов a и b, минимизирующих сумму отклонений U. Выражения для искомых коэффициентов можно найти, вычисляя частные производные функции U по коэффициентам a и b и приравнивая их нулю. Решая систему полученных уравнений, находим

a =      b = .            (18)

Таким образом, необходимо по формулам (18) рассчитать коэффициенты a и b и построить линию регрессии.

14. Построить экспериментальные данные в координатах lnIСР и t. Сделать вывод о механизме люминесценции.

Примечание: Пункты 10 – 12 рекомендуется выполнять в порядке УИРС.

Контрольные вопросы

1.  Какие виды люминесценции различают в зависимости от вида возбуждения люминофора?

2.  Чем отличается внутрицентровая люминесценция от рекомбинационной?

3.  Что такое равновесные и неравновесные носители заряда?

4.  Рассмотрите возможные типы генерации свободных носителей в люминофоре под действием света.

5.  Вывести закон затухания внутрипримесной люминесценции.

6.  С чем связано длительное послесвечение люминофора?

7.  Каков механизм люминесценции исследуемого кристаллофосфора?

8.  Что такое центры захвата?

9.  Как зависит закон затухания люминесценции исследуемого люминофора от интенсивности возбуждающего света?

10. Дайте определение явлению люминесценции.

Список литературы

1.  Физика твёрдого тела: Учебное пособие для технических университетов / И.К.Верещагин, С.М. Кокин, В.А. Никитенко, В.А. Селезнёв, Е.А. Серов; Под ред. И.К. Верещагина. – М.: Высшая школа, 2001. – 237 с.

2.  Никитенко В.А., Кокин С.М. Физика. Часть III. Конспект лекций. – М.: МИИТ, 2007. – 196 с.

3.  Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006.

Работа 147

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И ПОДВИЖНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКЕ

МЕТОДОМ ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Цель работы: измерить концентрацию и подвижность носителей тока в полупроводнике путём определения постоянной Холла и удельного сопротивления образца.

Введение

Эффект Холла заключается в возникновении поперечной разности потенциалов при пропускании тока через металлическую или полупроводниковую пластинку, помещенную в магнитное поле, направленное под некоторым углом к направлению тока. Обычно вектор индукции магнитного поля  направляют перпендикулярно вектору плотности тока .

Разность потенциалов возникает, как это показано на рис. 1, между точками, лежащими на прямой, перпендикулярной как к вектору, так и к вектору индукции . В отсутствие магнитного поля эти точки лежат на эквипотенциальной поверхности.


Классическая электронная теория объясняет эффект Холла следующим образом: поток электрических зарядов, попадая в магнитное поле, отклоняется от первоначального направления своего движения под действием силы Лоренца

Скачать файл