на определении коротковолновой границы рентгеновского спектра.
Рентгеновское излучение возникает при бомбардировке анода рентгеновской трубки быстрыми электронами. Энергия возбуждающих электронов в обычных технических установках лежит в пределах 15 -100 кэв.
При небольших напряжениях на трубке - пока энергия возбуждающих электронов недостаточна для возбуждения характеристического излучения – спектр рентгеновского излучения оказывается сплошным. Особенностью сплошного спектра является наличие резкой коротковолновой границы, положение которой определяется энергией электронов и не зависит от материала анода. Рентгеновское излучение со сплошным спектром называют тормозным излучением.
В процессе торможения электрона в материале анода часть его энергии превращается в энергию рентгеновского кванта, а оставшаяся часть рассеивается в виде тепла. Следовательно, eV = E + hn, где e – заряд электрона, E – энергия, затраченная на нагревание анода, h – постоянная Планка, n - частота рентгеновского излучения. Коротковолновая граница соответствует случаю E=0: eV=hn
Это соотношение и используется для экспериментального определения постоянной Планка. При этом обычно применяется так называемый метод изохромат, заключающийся в следующем. Между рентгеновской трубкой и счётчиком, служащим для определения интенсивности рентгеновского излучения, располагают монохроматор, пропускающий излучение определённой частоты n
. Изменяя напряжение на аноде трубки, определяют затем, при каком минимальном значении ускоряющего потенциала V
появляется излучение с выбранной частотой n. Постоянная Планка определяется по формуле h =
Установка состоит из рентгеновского аппарата, монохроматора, счётчика Гейгера и пересчётного устройства.
Приложение .
Материал по зонной теории.
 |
Современной физикой доказано, что электроны в твердом теле не обладают произвольной энергией. Она может принимать лишь определенные значения, называемые уровнями энергии или энергетическими уровнями.
Распределение электронов по уровням энергии можно изобразить схематически так, как на рис. Горизонтальными линиями показаны уровни энергии электрона.
Когда электрон переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий, выделяется некоторое количество энергии, называемое квантом. Если атом поглощает квант энергии, то электрон переходит с более низкого энергетического уровня на более высокий. Таким образом, энергия электронов изменяется только определенными порциями.
В соответствии с так называемой зонной теорией твердого тела энергетические уровни объединяются в зону. Электроны внешней оболочки атома заполняют ряд энергетических уровней, составляющих валентную зону. Валентные электроны участвуют в электрических и химических процессах. Ниже идут энергетические уровни других зон, заполненных электронами (на рисунке не изображены). Эти зоны не играют роли в явлениях электропроводности.
В металлах и полупроводниках существует большое число электронов, находящихся на высоких энергетических уровнях. Эти уровни составляют зону проводимости. Электроны этой зоны, называемые электронами проводимости. Они совершают беспорядочное движение внутри тела, переходят от одних атомов к другим.
Между зоной проводимости и валентной зоной у диэлектриков и полупроводников существует запрещенная зона, соответствующая уровням энергии, на которых электроны не могут находиться.
Ширина запрещенной зоны у полупроводников в большинстве случаев составляет около одного электрон-вольта.
При внешнем воздействии электроны валентной зоны получают дополнительную энергию и за счет этого все большее их число преодолевает запрещенную зону и переходит из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, появляются электроны проводимости, создаётся собственная проводимость. Этот переход изображают сплошной стрелкой.
Если в полупроводнике имеются примеси других веществ, то дополнительно к собственной электропроводности появляется еще примесная электропроводность, которая в зависимости от рода примеси может быть электронной или дырочной. Примеси, атомы которых отдают электроны, называют донорами («донор» означает «дающий, жертвующий»).
Подобные полупроводники с преобладанием электронной электропроводности за счёт донора называют электронными полупроводниками или полупроводниками п - типа. 3oнная диаграмма такого полупроводника показана на рис. Энергетические уровни атомов донора расположены лишь немного ниже зоны проводимости основного полупроводника. Поэтому из каждого атома донора один электрон легко переходит в зону проводимости, и таким образом в этой зоне появляется дополнительное число электронов, равное числу атомов донора. В самих атомах донора при этом дырки не образуются.
 |
Вещества, отбирающие электроны и создающие примесную дырочную электропроводность, называют акцепторами («акцептор» означает «принимающий»). Полупроводники с преобладанием дырочной электропроводности называют дырочными полупроводниками или полупроводниками р - типа. Энергетические, уровни акцепторных атомов располагаются лишь немного выше валентной зоны. На эти уровни легко переходят электроны из валентной зоны, в которой при этом возникают дырки.
Область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности называется электронно-дырочным или п — р-переходом. Электронно-дырочный переход обладает несимметричной проводимостью, т. е. имеет нелинейное сопротивление. В результате диффузии носителей по обе стороны границы раздела двух полупроводников с различным типом электропроводности создаются объемные заряды различных знаков. В области п возникает положительный объемный заряд. Он образован главным образом положительно заряженными атомами донорной примеси и в небольшой степени пришедшими в эту область дырками. Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси и, отчасти, пришедшими сюда электронами
Между образовавшимися объемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов и электрическое поле. На рис. изображена потенциальная диаграмма п—р - перехода для случая когда внешнее напряжение к переходу не приложено. На этой диаграмме, показывающей распределение потенциала вдоль оси x, перпендикулярной плоскости раздела двух полупроводников, за нулевой потенциал принят потенциал граничного слоя.
Объемные заряды разных знаков возникают вблизи границы п- и р - областей, а положительный потенциал или отрицательный потенциал создается одинаковым по всей области п или р. Если бы в различных частях области п или р потенциал был различным, т. е. была бы разность потенциалов, то возник бы ток, в результате которого все равно произошло бы выравнивание потенциала в данной области.
Таким образом в п—р - переходе возникает потенциальный барьер, препятствующий диффузионному переходу носителей. На рис. изображен барьер для электронов, стремящихся за счет диффузии перемещаться слева направо (из области п в область р).
Высота барьера равна контактной разности потенциалов и обычно составляет десятые доли вольта. Чем больше концентрация примесей, тем выше концентрация основных носителей и тем большее число их диффундирует через границу. Плотность объемных зарядов возрастает, и увеличивается контактная разность потенциалов, т. е. высота потенциального барьера.
Одновременно с диффузионным перемещением основных носителей через границу п—р - перехода происходит и обратное перемещение носителей под действием электрического поля контактной разности потенциалов. Это поле перемещает дырки из п - области обратно в р - область и электроны из р -области обратно в п - область. На рис. такое перемещение неосновных носителей (дрейф) показано также стрелками. При постоянной температуре п—р - переход находится в состоянии динамического равновесия. Каждую секунду через границу в противоположных направлениях диффундирует определенное число электронов и дырок, а под действием поля столько же их дрейфует в обратном направлении.
В установившемся режиме, т. е. при динамическом равновесии перехода, эти токи равны и противоположны по направлению. Поэтому полный ток через переход равен нулю, что и должно быть при отсутствии внешнего напряжения. Высота потенциального барьера всегда устанавливается именно такой, чтобы наступило равновесие, т. е. диффузионный ток и ток дрейфа компенсируют друг друга.
При наличии внешнего напряжения картина потенциальной диаграммы п—р – перехода меняется. Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к полупроводнику р - типа. Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым. Действие прямого напряжения, вызывающее прямой ток через переход, иллюстрируется потенциальной диаграммой на рис. Для рассмотрения п — р - перехода процессы в остальных частях цепи пока не представляют интереса, поэтому на диаграммах не показано изменение потенциала вдоль п- и р- областей т. е. их сопротивление принято равным нулю. Не показано также изменение потенциала в контактах областях с электродами, к которым присоединены провода от источника напряжения.
Электрическое поле, создаваемое в п—р - переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т. е. высота потенциального барьера понижается, возрастет диффузионный ток, так как большее число носителей может преодолеть пониженный барьер. Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как он зависит главным образом от числа неосновных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на п — р - переход из п и р областей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей п и р, то напряжение на переходе можно считать равным величине потенциального барьера. Для сравнения на рис. штриховой линией повторена потенциальная диаграмма при отсутствии внешнего напряжения
Если барьер значительно понижен, то можно считать, что прямой ток в переходе является чисто диффузионным.
Введение носителей заряда через пониженный под действием прямого напряжения потенциальный барьер в область, где эти носители являются неосновными, называется инжекцией носителей заряда.
При прямом напряжении не только понижается потенциальный барьер, но также уменьшается толщина запирающего слоя и его сопротивление и в прямом направлении становится малым (единицы — десятки ом).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)