Методика измерения и экспериментальная установки
Уравнение (3) является основой для различных методов измерения контактной разности потенциалов.
В одних методах проводник а сначала сравнивается с третьим
проводником с. Для этого к а и с прикладывается такой потенциал V,
чтобы измеряемая величина (сила тока, напряжение) стала равной некоторому значению. Затем при тех же условиях проводник а заменяется проводником 
и также находят потенциал V2. Toгдa 
, т. к. 
, то 
. К этой группе методов относятся метод электронного пучка Андерсона, метод диода с ограниченным пространственным зарядом и др. Недостатком этих методов является то, что для определения контактной разности потенциалов (КРП) необходимо ставить два эксперимента.
В других методах проводники а и непосредственно контактируют, а внешнее напряжение 
подбирается таким образом, чтобы разность 
принимала определенное значение 
, которое может быть вычислено на основе других экспериментальных данных. К этой группе методов принадлежит метод статического конденсатора и метод динамического конденсатора, для которых 
.
В методе статического конденсатора проводники а и образуют плоский конденсатop. Экспериментально определяется утечка зарядов конденсатора, обусловленная KРП между пластинами. Величина внешнего напряжения подбирается так, чтобы скомпенсировать указанную утечку.
В методе динамического конденсатора проводники а и , как и в методе статического конденсатора, образуют плоский конденсатор. При отсутствия внешнего напряжения заряд конденсатора, обусловленный KРП, равен 
.
|
|
|
При наличии внешнего напряжения 
: 
.
Приведем в колебательное движение одну из пластин (а или ). Тогда ёмкость С будет меняться периодически. При этом поток заряда 
принимает форму переменного тока. Подбирая величину внешнего напряжения, можно добиться того, чтобы 
. Тогда 
. Обозначив среднее расстояние между пластинами в нормальном состоянии через 
, имеем
.
Если одна пластина совершает колебательное движение, то расстояние между обкладками можно представить в виде
,
а ёмкость
, 
где 
; 
и 
– амплитуда и циклическая частота соответственно колебаний подвижной обкладки.
Разлагая С в ряд Фурье и определив коэффициенты этого ряда, имеем
. (4)
При 
величина сигнала принимает минимальное значение.
Как видно из выражения (4), Кельвин-сигнал зависит от амплитуды колебания подвижной пластины и расстояния между контактируемыми веществами. На полезный сигнал в методе динамического конденсатора накладывается ряд помех. В частности, помехи вызываются шумами усилителя, электромагнитными наводками, микрофонным эффектом и др. Кроме того, переменный ток вибрирующего конденсатора является довольно сложным по спектру. Всё это вызывает специфические требования к применяемому усилителю, в первую очередь высокую его избирательность.
|
|
|
Схема установки представлена на рис. 4. В данной работе одна обкладка конденсатора (в) выполнена из легкой платиновой жести и приводится в колебательное движение с помощью звукового генератора. Другой обкладкой (а) является германий. Расстояние между ними можно менять с помощью специального винта. В качестве индикатора можно использовать селективный усилитель У2-8.
Регулировочным винтом обкладки конденсатора сближаются до тех пор, пока сигнал не будет максимальным. При этом надо следить за тем, чтобы при колебании одной пластины обкладки не касались друг друга. Избирательная частота приёмника должна совпадать с частотой колебаний подвижной пластины. Сначала это достигается соответствующей установкой шкал приемника и генератора, а затем плавной регулировкой частоты генератора.
Задание
1. При различных частотах колебаний подвижной обкладки (от 300 до 1000 Гц) определить контактную разность потенциалов Ge - Pt, Si - Pt. Измерения на каждой частоте произвести не менее 5 раз.
|
|
|
2. Найти относительную и абсолютную ошибки.
3. Сравнить справочные данные работ выхода Ge, Si с экспериментально полученными значениями.
Контрольные вопросы
1. Какие явления возникают в полупроводниках, помещенных во внешнее электрическое поле.
2. Какую величину называют работой выхода электрона?
3. Какое явление называют термоэлектронной эмиссией?
4. Что называют энергией Ферми?
5. Что называют внутренней контактной разностью потенциалов?
6. Что называют внешней контактной разностью потенциалов?
7. Нарисуйте энергетическую диаграмму контакта металл-полупроводник при различных соотношениях между работами выхода.
8. В чем заключается принцип измерения КРП методом вибрирующего конденсатора?
Лабораторная работа № 12
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 432; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!