мээт-3. Исследование фотоэлектрических свойств полупроводниковых материалов
 Скачать 197.5 Kb.
|
|
Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет. Кафедра Микроэлектроники. Отчёт по лабораторной работе № 3. Выполнил: Комиссаров С.С. гр. 92212000 г. Исследование фотоэлектрических свойств полупроводниковых материалов. Основные понятия и определения Фотоэлектрические эффекты (фотоэффекты) связаны с изменением электрических свойств полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. В однородных полупроводниках наиболее важным является фоторезистивный эффект. Он заключается в уменьшении сопротивления полупроводника под действием света. Сущность фоторезистивного эффекта сводится к тому, что при поглощении фотонов с энергией, достаточной для ионизации собственных атомов полупроводника или ионизации примесей, происходит увеличение концентрации носителей заряда. В результате увеличения концентрации носителей заряда возрастает удельная проводимость полупроводника. Добавочную проводимость, возникающую при фотоактивном поглощении, называют фотопроводимостью. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте:  (1). Различают собственную и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость обусловлена оптическими переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости или же с захватом электронов валентной зоны на примесные состояния. Для возбуждения собственной фотопроводимости энергия фотонов должна превышать некоторое пороговое значение, определяемое шириной запрещённой зоны полупроводника:  (2), где h=4,14 10-15эВ с – постоянная Планка; с=3 108 м/с – скорость света; W – ширина запрещённой зоны.В спектральной зависимости собственной фотопроводимости имеется максимум, появляющийся в сравнительно узком спектральном диапазоне вблизи длинноволнового края собственного поглощения. При уменьшении длины волны излучения от пор возрастает интенсивность оптических переходов, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости. С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых длин волн) существенно возрастает показатель оптического поглощения, что сопровождается уменьшением глубины проникновения излучения в полупроводник. При этом возникающие в тонком поверхностном слое неравновесные носители заряда быстро рекомбинируют через уровни поверхностных ловушек и дефектов. Это приводит к коротковолновому спаду на спектральной характеристике фотопроводимости. Световая характеристика представляет собой зависимость фотопроводимости от интенсивности облучения. При увеличении уровня облучения полупроводника возрастает интенсивность оптических переходов, и, следовательно, растёт фотопроводимость. В области слабых световых потоков характеристика обычно имеет линейный характер. Однако с повышением интенсивности света линейность нарушается, рост фотопроводимости замедляется. Отклонение от линейного закона при высоких уровнях возбуждения объясняется усиливающейся ролью процессов рекомбинации вследствие превращения части ловушек захвата в рекомбинационные центры. В настоящей работе исследование фотоэлектрических свойств полупроводников производится на примере материалов, применяемых в фоторезисторах. Используются промышленные фоторезисторы на основе сульфида кадмия (CdS) и селенида кадмия (CdSe), обладающие высокой чувствительностью к излучению видимого диапазона спектра. Описание установки. Исследование фотоэлектрических свойств полупроводников осуществляется с помощью монохроматора, схема которого представлена на рисунке. Световой поток от лампы Е, питающейся от сети G, поступает на диспергирующее устройство П через щель F, величина которой регулируется с помощью микрометрического винта. Диспергирующее устройство П представляет собой призму, поворачивая которую с помощью барабана , можно освещать полупроводник светом определённой длины волны. На выходе монохроматора установлены исследуемые образцы R полупроводника 1 и 2 и индикатор облучаемого света. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR. Проведение испытаний. Исследование спектральной зависимости фотопроводимости. Включить цифровой омметр PR и дать ему прогреться. Открыть полностью щель F, для чего микрометрическим винтом на входе монохроматора установить ширину щели 4 мм. Установить барабан на нуль. Включить лампу Е. Изменяя положение диспергирующего устройства П поворотом барабана от 500 до 3500 делений, измерять установившееся значение сопротивления через каждые 100 делений барабана. По градуировочной таблице определить длину волны падающего света , соответствующую делениям барабана, и энергию излучения W, соответствующую этим . Результаты записать в таблицу 1. отметить положение барабана, соответствующее минимальному сопротивлению полупроводника. Исследование зависимости фотопроводимости от интенсивности облучения. Установить барабан в положение соответствующее минимальному сопротивлению полупроводника. Микрометрический винт поставить на нуль. Изменяя положение микрометрического винта от нуля до 4 мм, измерять установившееся значение сопротивления R при значениях ширины щели, приведённых в таблице 2. Все исследования провести для двух образцов. Обработка результатов. 1) По данным исследования спектральной зависимости фотопроводимости, вычислить проводимость полупроводника на свету для всех длин волн  , результаты записать в Таблицу 1.2) Пользуясь выражением (1), вычислить фотопроводимость полупроводника, приняв темновое сопротивление RT=10 Мом. Результаты записать в Таблицу 1. 3) Вычислить приведённую фотопроводимость (изменение проводимости полупроводника под действием еденицы энергии падающего излучения)  , Результаты записать в Таблицу 1.4) По данным таблицы 1 построить спектральную зависимость фотопроводимости, откладывая по оси абсцисс , а по оси ординат относительную фотопроводимость  .5) Пользуясь графиком этой зависимости определить длинноволновую границу пор фоторезистивного эффекта. Вседствии того что экспериментальная характеристика имеет размытую длинноволновую область, пор принять равной 1/2 т.е. длине волны при которой фотопроводимость равна половине максимальной. По полученному значению вычислить энергию активации фотопроводимости по формуле (2). 6) По данным таблицы 2 вычислить проводимость и фотопроводимость полупроводника для каждого значения ширины щели. Результаты записать в таблицу 2. 7) По данным таблицы 2 построить световую характеристику откладывая по оси абсцисс lg(d/dmax), где dmax – максимальная ширина щели, а по оси ординат lgФ Таблица 1.
Таблица 2.
Д             линноволновая граница для первого образца – 0,595мкм, W = 2,09эВ (1,85эВ)Длинноволновая граница для второго образца – 0,560мкм, W = 2,22эВ (2,53эВ) Вывод: Измеряя спектральную зависимость фотопроводимости можно определить ширину запрещённой зоны полупроводника. Световая характеристика линейна лишь при достаточно небольшой освещённости. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||