Re: Band Gap del Germanio

From: Giorgio Bibbiani <giorgio_bibbianiTOGLI_at_virgilio.it.invalid>
Date: Sun, 25 Oct 2009 08:34:34 +0100

Tremal Naik ha scritto:
> una domanda riguardante un esperimento di laboratorio che sto
> analizzando in questi giorni. Potete trovare il libretto
> dell'esperimento qui. E' in inglese e un po' lungo (12 pgg).
> http://www.ucl.ac.uk/~ucapnsz/teachinglabs/2b40-cm4.pdf
> Ho effettuato tutti i misuramenti, ma ci sono un paio di cose che non
> capisco bene e spero che qualcuno possa darmi dei chiarimenti.

"misuramenti"? E' da molto tempo che manchi dall'Italia? ;-)

> A pg 12 viene riportato il grafico delle grandezze misurate in
> funzione dell'energia (decrescente nel senso delle X). Dalla
> spiegazione del fenomeno e del setup dell'esperimento nelle pagine
> precedenti son d'accordo sul fatto che la trasmissivita' del cristallo
> abbia una brusca caduta (nel senso dell'energia crescente) in
> corrispondenza di un determinato livello di energia. Ma non capisco
> perche' la resistenza abbia un brusco incremento.

Non e' la resistenza ma la sua *variazione* a subire un incremento,
v. ad es. il testo a p. 9:

"Each lock-in amplifier is connected to a multimeter (DVM(R)
and DVM(T)). These monitor a DC voltage proportional to the
magnitude of the AC (modulated) signal at the input of
each lock-in. One lock-in is used to measure the change in voltage
across the semiconductor sample, indicating a change in the
sample resistance (conductivity), DVM(R). The signal
measured as a resistance change is actually a signal difference
derived from the rapidly varying illuminated and non-illuminated
condition of the sample, i.e. when a large signal is measured
by the PSD circuit it means there is a large difference between
the no light and light of a particular wavelength falling on
the sample and vice versa".

Quindi il segnale e' proporzionale alla variazione della resistenza
del campione tra lo stato "illuminato" e quello "non illuminato" e
quindi alla variazione della conduttanza del campione tra i 2 stati.

> Mi spiego: se veramente l'energia che corrisponde al band gap del
> germanio e' un valore per cui i fotoni della luce incidente vengono
> assorbiti, allora mi spiego che la trasmissivita' cali. Ma mi aspetto
> che allo stesso tempo cresca la conduttivita', quindi che la
> resistenza CALI anche essa.

Infatti come si dice nel testo ovviamente la conduttanza
del campione aumenta quando questo e' illuminato con luce
abbastanza energetica da eccitare transizioni interbanda.

> La mia ipotesi e' che non abbia compreso bene come i vari sistemi di
> misura si comportino. I due PSD misurano la DIFFERENZA (pg 9 del
> documento) dei segnali nei due casi campione-non-illuminato e
> campione- illuminato. Quindi forse non ho afferrato bene il senso
> delle grandezze riportate sul grafico.

Nel caso della misura di resistenza, quando il segnale misurato
e' piccolo cio' significa che c'e' piccola differenza tra la conduttanza
del campione nello stato illuminato e in quello non illuminato,
se invece il segnale e' grande cio' significa che la conduttanza
varia grandemente tra lo stato non illuminato e quello illuminato.

> Secondo dubbio. Il tecnico di laboratorio mi ha detto che a
> temperatura zero le due curve sarebbero due gradini, con il punto di
> disconuita' coincidente. Ma se ho capito bene il problema, le
> caratteristiche del cristallo dovrebbero cambiare solo per quella ben
> determinata frequenza dei fotoni incidenti. Ma allora piu' che un
> gradino mi aspetterei un impulso, visto che dalla mia comprensione del
> fenomeno riterrei che oltre quella determinata frequenza i fotoni non
> sarebbero piu' in grado di eccitare gli elettroni di valenza nella
> banda di conduzione.

La banda di conduzione non corrisponde mica a un solo
valore di energia degli elettroni, tu verifichi che al di sopra
di un certo valore di energia dei fotoni, pari al band gap,
allora iniziano ad avvenire transizioni della banda di conduzione.

> Ultima cosa, il metodo di stima del band gap proposto in fondo a pg
> 11. A temperatura zero le due curve dovrebbero presentare una
> discontinuita' nel punto che io cosidero essere molto prossimo a 0.7
> eV, per simmetria. Non capisco per quale motivo mi chiedano invece di
> stimare le due rette che si incrociano e trovare il valore cercato
> come intersezione con i due segmenti di max(T) e min(R). allo stesso
> modo, non potrei prendere le intersezioni con due segmenti passanti
> per max(R) e min(T), sulla sinistra della discontinuita'?

Io non ti so dire, a p. 11 si accenna solo alle ragioni di questa scelta.

Ciao
-- 
Giorgio Bibbiani 
Received on Sun Oct 25 2009 - 08:34:34 CET

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