PLS-Torino: un`attività di laboratorio alla scoperta dei semiconduttori

PLS-Torino: un'attività di laboratorio alla scoperta dei semiconduttori.
Marzolla F., Marocchi D.
VI - Fisica generale, didattica e storia della fisica
L'oggetto: i materiali semiconduttori
Il progetto

Il soggetto:
Classi VF e VA del liceo scientifico
“Gobetti” di Torino a.s.2013/2014

Tempi
per ogni dispositivo:
introduzione teorica (1ora)
attività sperimentale (2 ore)
raccolta e conclusioni (½ ora)

Laboratorio
6 postazioni completamente fornite
(economicamente accessibile)
➔
Fotoresistenza
➔
LED
➔
Fotodiodo
+ generatori, basette, cavi, multimetri

Metodo
lavoro a gruppi (4 pers)
schede
domande
learning by doing
Fotoresistenza
Materiale
semiconduttore
Materiale
conduttore
Fotoresistenza:
learning by doing
interpretazione delle osservazioni
●
Osservazioni qualitative e
misure I,V al variare della
distanza
Quanto tempo intercorre tra lo
spostamento della lampada e
la variazione di corrente?
Perché?
→ Ricombinazione e-h
●
Valutazione potenza dissipata
dalla resistenza al variare
della distanza.
Da dove arriva l'energia in più
che viene dissipata dalla
fotoresistenza al diminuire
della distanza?
→ La fotoresistenza è un
sensore
Fotoresistenza
●
Compatibilità del modello
teorico con i dati ottenuti:
Se un fotone incidente sulla
fotoresistenza genera un
elettrone quasi libero
(che può muoversi se sottoposto ad un
campo elettrico)
allora:
Nfotoni incidenti sulla fotoresistenza al sec= Nelettroni quasi liberi al sec
Dalla potenza della lampada
Dalla variazione di corrente
Light Emitting Diode
Conversione di energia
elettrica in energia luminosa:
eV0=Egap=hν
Light emitting diode:
learning by doing
interpretazione delle osservazioni
Colore
Lunghezza
d'onda del
fotone emesso
(nm)
Energia gap
(eV)
Tensione di
Tensione di
soglia calcolata soglia misurata
(V)
(V)
Violetto
380–450
3,26 - 2,76
3,26 - 2,76
Blu
450–475
2,76 – 2,61
2,76 – 2,61
Ciano
476-495
2,61 – 2,50
2,61 – 2,50
Verde
495–570
2,50 – 2,17
2,50 – 2,17
Giallo
570–590
2,17 - 2,10
2,17 - 2,10
Arancione
590–620
2,10 - 2,00
2,10 - 2,00
Rosso
620–750
2,00 – 1,65
2,00 – 1,65
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
Light emitting diode:
learning by doing
interpretazione delle osservazioni
Colore
Lunghezza
d'onda del
fotone emesso
(nm)
Energia gap
(eV)
Tensione di
Tensione di
soglia calcolata soglia misurata
(V)
(V)
Violetto
380–450
3,26 - 2,76
3,26 - 2,76
Blu
450–475
2,76 – 2,61
2,76 – 2,61
Ciano
476-495
2,61 – 2,50
2,61 – 2,50
Verde
495–570
2,50 – 2,17
2,50 – 2,17
Giallo
570–590
2,17 - 2,10
2,17 - 2,10
Arancione
590–620
2,10 - 2,00
2,10 - 2,00
Rosso
620–750
2,00 – 1,65
2,00 – 1,65
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
Light emitting diode:
learning by doing
interpretazione delle osservazioni
Colore
Lunghezza
d'onda del
fotone emesso
(nm)
Energia gap
(eV)
Tensione di
Tensione di
soglia calcolata soglia misurata
(V)
(V)
Violetto
380–450
3,26 - 2,76
3,26 - 2,76
Blu
450–475
2,76 – 2,61
2,76 – 2,61
Ciano
476-495
2,61 – 2,50
2,61 – 2,50
Verde
495–570
2,50 – 2,17
2,50 – 2,17
Giallo
570–590
2,17 - 2,10
2,17 - 2,10
Arancione
590–620
2,10 - 2,00
2,10 - 2,00
Rosso
620–750
2,00 – 1,65
2,00 – 1,65
●
●
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
1,8 ± 0,1
2 gruppi su 6 comprendono autonomamente il
significato dei risultati ottenuti.
Riflessione: Ho “sbagliato” l'esperimento?
Light emitting diode:
learning by doing
interpretazione delle osservazioni
Colore
Lunghezza
d'onda del
fotone emesso
(nm)
Energia gap
(eV)
Tensione di
Tensione di
soglia calcolata soglia misurata
(V)
(V)
Violetto
380–450
3,26 - 2,76
3,26 - 2,76
Blu
450–475
2,76 – 2,61
2,76 – 2,61
Ciano
476-495
2,61 – 2,50
2,61 – 2,50
2,5 ± 0,1
Verde
495–570
2,50 – 2,17
2,50 – 2,17
2,1 ± 0,1
Giallo
570–590
2,17 - 2,10
2,17 - 2,10
Arancione
590–620
2,10 - 2,00
2,10 - 2,00
Rosso
620–750
2,00 – 1,65
2,00 – 1,65
1,6 ± 0,1
Il colore emesso è dovuto al gap del semiconduttore
→ materiale
Next..
●
Fotoresistenza:
allontanamento/avvicinamento
→diminuz/aumento di corrente
Che misura posso fare per
verificare la mia teoria?
●
LED:
Caratterizzazione del
dispositivo senza anticipare
l'andamento V-I teorico.