По дисциплине Физика твердого тела Часть 2

 

Московский государственный технический

университет им. Н.Э.Баумана

 

Калужский филиал

 

В. С. Зайончковский

 

 

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Физика твердого тела»

 

Часть 2

 

Калуга, 2007

 

 

УДК539.2.

ББК22.37

З-17

Настоящие методические указания издаются в соответствии с учебным планом специальности 210104 и предназначены для студентов третьего курса

Указания рассмотрены и одобрены:

 

Методической комиссией Калужского филиала МГТУ

Протокол № ________ от _________________

Председатель методической комиссии________ А.В.Максимов

 

Методической комиссией факультета ЭИУ-К,

протокол № 3 от __09.04.2007__

Председатель методической комиссии _________М.Ю. Адкин

 

Кафедрой "Материаловедение"

Протокол №__8_ от __05.04.2007_

Зав. кафедрой, профессор _______________ В.Г. Косушкин

 

Рецензент: к.ф.-м.н., доцент ______________ В.В. Шагаев

 

Автор: к.ф.-м.н, доцент________________ В.С. Зайончковский

 

Аннотация

Данные методические указания содержат общие вопросы выполнения лабораторных работ по дисциплине «Физика твердого тела» по темам: взаимодействие света и твердого тела, пьезоэлектрические свойства твердого тела, однородные полупроводники с неомической вольтамперной характеристикой, также требования по представлению к защите результатов лабораторных работ.

 

© Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 г.

© Зайончковский В.С.

 

№ пп	Содержание глав	№ стр.
1.	Определение концентрации примесных атомов в полупроводниках и диэлектриках по поглощению электромагнитных волн ИК – диапазонадлин волн
2.	Изучение измерителя параметров полупроводниковых приборов Л2-56
3.	Изучение зависимости электропроводности поликристаллических полупроводников от напряженности электрического поля
4.	Определение ширины запрещенной зоны полупроводников по спектральной зависимости коэффициента поглощения света
5.	Изучение свойств пьезоэлектриков и фильтров электрических сигналов на их основе

 

Определение концентрации примесных атомов в полупроводниках и диэлектриках по поглощению электромагнитных волн ИК – диапазона длин волн

Лабораторная работа №5

.Приборы и оборудование: в работе используются приборы и оборудование, указанные в таблице 1. Таблица 1 Приборы и оборудование, используемые в лабораторной работе №5 № пп Наименование прибора Краткая…

Способ определения концентрации примесных атомов по спектрам поглощения в ИК диапазоне длин волн

. (1) Здесь - квадрат частоты оптических фононов, имеющих значения волновых векторов… Для определения концентрации примесных атомов по ИК спектрам поглощения вибронных мод используют:

Подготовка к проведению измерений

20 минут. 4.2 Перед каждой серией измерений записывайте 100% линию пропускания в области… 4.3 Подготовка образца:

Задание

5.1 Запишите спектр пропускания пластины образца в инфракрасном диапазоне волновых чисел и определите концентрацию примесных атомов.

5.2 По спектру пропускания определите место положения примесных атомов в кристаллической решетке образца (узлы или междоузлия).

Порядок выполнения работы

6.2. Установите пишущий узел в держатель самописца. 6.3 Выберите нужный диапазон волновых чисел для записи кривой пропускания и… 6.4 Ручками переключения программ и выбора усиления добейтесь уровня шумов (колебания пера самописца не более, чем ±…

Контрольные вопросы

7.1 Перечислите типы колебаний атомов в решетке кристалла и поясните различие одной моды от другой.

7.2 Определите энергию кванта света, необходимую для возбуждения вибронных мод, соответствующих атомам углерода и кислорода в решетке кремния.

Литература

1. Киттель Ч. “Введение в физику твердого тела”, М., “Наука”, 1978.

2 Марадудин А., Монтролл Э., Вейсс Дж. “Динамическая теория кристаллической решетки в гармоническом приближении”, М., “Мир”, 1965.

3 “Техническое описание и инструкция по эксплуатации спектрофотометра ИКС-29”

 

Изучение измерителя параметров полупроводниковых

Приборов Л2-56

Лабораторная работа № 6

.Приборы и оборудование: в работе используются приборы и оборудование, указанные в таблице 1. Таблица 1 Приборы и оборудование, используемые в лабораторной работе №6

Технические данные измерителя Л2-56

Внимание — Опасность!!! В выходных гнездах измерителя возможно возникновение напряжения опасной… 2.1. Блок питания и генератор выходных напряжений обеспечивают создание на выходных зажимах измерителя напряжения в…

Устройство и работа измерителя

Рис. 1. Структурная схема измерителя Л2-56 В составе этих структурных единиц имеются следующие узлы:

Указания мер безопасности

4.Перед включением прибора в сеть необходимо убедиться в исправности заземляющего устройства и присоединении его к заземляющей клемме измерителя.… 4.2 Включать прибор можно только с разрешения преподавателя!

Подготовка измерителя к работе

Таблица 2 Органы управления измерителем Л2-56 № пп Наименование органа… Такие положения кнопок селектора выводов соответствуют визуализации вольтамперных характеристик двухэлектродных…

Задание

6.1 Установите в приемные клеммы резистор, выданный лаборантом, визуализируйте его вольтамперную характеристику, и, пользуясь измерителем, определите его сопротивление.

6.2 Установите в приемные клеммы полупроводниковый стабилитрон и визуализируйте его вольтамперную характеристику.

6.3 Установите в приемные клеммы светодиод и визуализируйте его вольтамперную характеристику.

 

 

Порядок работы

7.2 Установите исследуемый полупроводниковый компонент в одно из контактных устройств, прилагаемых к измерителю. 7.3 Общие указания к порядку работы нижеследующие. Перед сменой … 7.4 Исследование ВАХ двухэлектродного прибора производите следующим образом.

Контрольные вопросы

8.1 Из каких основных структурных единиц и узлов состоит измеритель Л2-56?

8.2 Каков порядок построения вольтамперной характеристики с помощью измерителя Л2-56.

Литература

Измеритель параметров полупроводниковых приборов Л2-56. “Техническое описание и инструкция по эксплуатации”.

 

 

Изучение зависимости электропроводности поликристаллических полупроводников от напряженности электрического поля

Лабораторная работа № 7

Приборы и оборудование: в работе используются приборы и оборудование, указанные в таблице 1. Таблица 1 Приборы и оборудование, используемые в лабораторной работе №7

Зависимость электропроводности полупроводников от напряженности электрического поля

. Для значительного числа полупроводников величина В/см. При таких значениях… Термоэлектронная ионизация Френкеля. При напряженности электрического поля более 104 В/см уменьшается величина энергии…

Характеристики и параметры варисторов

Рис. 3. Условное графическое обозначение на электрических принципиальных и… Варисторы характеризуют вольтамперной (ВАХ) и температурной характеристиками, коэффициентом нелинейности b,…

Описание установки

Для снятия квазистатических ВАХ (на частоте работы генератора однополярных импульсов Л2-56, равной 50 Гц), варистор присоединяют к измерителю Л2-56, который описан в лабораторной работе №6.

Задание

5.1 Визуализируйте с помощью измерителя Л2-56 ВАХ варистора и определите его параметры: сопротивление вне напряжения обратимого пробоя, в диапазоне обратимого пробоя, коэффициент нелинейности.

Максимальный ток, для используемых в данной работе варисторов, должен быть не более 5 мА.

Контрольные вопросы

6.1 Какие электрические поля принято называть сильными?

6.2 Объясните влияние электрического поля на подвижность и концентрацию носителей заряда в полупроводниках.

6.3 Каковы основные причины нарушения закона Ома в сильных электрических полях?

Литература

Лысов В.Ф. Практикум по физике полупроводников. - М., Просвещение, 1976, -207 с.

Шимони К. Физическая электроника. – М., Энергия, 1977, 608 с.,

Бонч-Бруевич В,Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, - М., Наука, 1990, - 688 с.

 

Определение ширины запрещенной зоны полупроводников по спектральной зависимости коэффициента поглощения света

Лабораторная работа №8

Приборы и оборудование: в работе используются приборы и оборудование, указанные в таблице 1.   Таблица 1

Собственное поглощение света в полупроводниках и диэлектриках

, (1) где - коэффициент поглощения, - интенсивность света под поверхностью образца.… Рис. 1. Зонная диаграмма прямозонного полупроводника

Методы измерений коэффициента пропускания образцов в виде пластин

1) Двухлучевой метод. Пучок света от единого источника делится на две части в пространстве. Так формируются канал образца и канал сравнения… 2) Однолучевой метод. Пропускание на избранных длинах волн измеряется, как…

Описание экспериментальной установки

Рис. 3. Функциональная схема однолучевой установки для определения ширины…  

Задание

5.1Снимите спектральную характеристику коэффициента пропускания образца.

5.2 Рассчитайте спектральную зависимость коэффициента поглощения образца.

5.3 Рассчитайте ширину запрещенной зоны по известной спектральной зависимости коэффициента отражения, спектральной зависимости коэффициента поглощения и основываясь на знании вида зонной картины полупроводника.

Порядок выполнения работы

6.2 Включите осветительную лампу в сеть 6.3 Откройте входной люк монохроматора. 6.4 Откройте заслонку дифракционной решетки монохроматора.

Контрольные вопросы

7.1 В чем отличие процессов поглощения света в прямозонных и непрямозонных полупроводниках?

7.2 Как необходимо включить фотодиод для получения прямой пропорциональной зависимости интенсивности света какому-либо выходному параметру этого фотодиода?

7.3 Как возможно проверить качество калибровки спектральных приборов по длине волны излучения?

Литература

1. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. "Физика полупроводников", М., "Наука", 1990г.

2. Павлов Л.П. "Методы измерения параметров полупроводниковых материалов", М., "Высшая школа", 1987г.

3. "Оптические свойства полупроводников" - под ред. Р. Уиллардсона и Бира.

4. Оптические свойства полупроводников. Справочник. Гавриленко В.И., Грехов А.М., Корбутяк Д.В., Литовченко В.Г. – Киев, Наукова думка, 1987.

 

Изучение свойств пьезоэлектриков и фильтров электрических сигналов на их основе

Тема работы:определение ширины запрещенной зоны полупроводников по спектральной зависимости коэффициента поглощения света Приборы и оборудование: в работе используются приборы и оборудование,… Таблица 1

Общие свойства пьезоэлектриков

. (1) В этом выражении– пьезоэлектрический модуль, - диэлектрическая восприимчивость…

Описание установки для определения величины пьезомодуля пьезоэлектрического материала

, (3) где - вес груза, - площадь поперечного сечения образца или опорной шайбы. Для…

Описание установки для снятия амплитудно-частотной характеристики пьезоэлектрических фильтров

разбивается на три зависимости: , , .

Задание

5.1 Определите величину пьезоэлектрического модуля образцов пьезоэлектриков на установке, представленной на рис. 1.

5.2 Произведите съемку амплитудно-частотной характеристики пьезоэлектрического фильтра и зависимость амплитуды выходного сигнала от входного с помощью установки, представленной на рис. 2, для 5 –ти значений возбуждающего напряжения, отличающихся друг от друга не менее чем в 2 раза. Начинайте измерения со значений напряжения звукового генератора менее 0,1 В.

Порядок выполнения работы

6.1.1 Установите образец на предметный столик установки, представленной на рис. 1. 6.2 Соедините проводниками цифровой вольтметр с образцом Проводники должны… 6.3 Включите в сеть вольтметр и прогрейте его 10 минут.

Контрольные вопросы

12.1 Какие вещества относят к пьезоэлектрикам?

12.2 Какими параметрами характеризуется поведение диэлектриков в электрическом поле?

12.3 В чем заключается поляризация диэлектриков? Какие типы поляризации могут реализоваться в твердых телах?

12.4 Как описываются потери энергии в диэлектриках?

12.5 В чем заключается разница в процессах поляризации диэлектриков и полупроводников во внешнем электрическом поле?

Литература

1 Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. «Электродинамика сплошных сред», Серия: «Теоретическая физика», том VIII, - М., Наука, 1982, -620 с.

2 Киттель Ч. «Введение в физику твердого тела», М., Наука, 1978, 791 с.

3 Козлов В.И. «Общий физический практикум. Электричество и магнетизм». -М., изд. МГУ, 1987, 270 с.

4 Павлов П.В., Хохлов А.Ф. «Физика твёрдого тела», М., Высшая школа, 2000, 495 с.

5. Физическая энциклопедия, т 5 , стр. 192