лр3_мэт
.docx
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра Микро- и наноэлектроники
отчет
по лабораторной работе №3
по дисциплине «Материалы электронной техники»
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Студент гр. 7291 |
|
Николаев К.В. |
Преподаватель |
|
Антипов Б.Л. |
Санкт-Петербург
2018
Цель работы: исследование спектральных зависимостей фотопроводимости полупроводников CdS и CdSe и зависимостей фотопроводимости от уровня оптического облучения.
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 возрастает удельная проводимость полупроводника. Добавочную проводимость, возникающую при фотоактивном поглощении, называют фотопроводимостью. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте:
(3.1)
Различают собственную и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость обусловлена оптическими переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Примесная фотопроводимость связана с оптическими переходами электронов с примесных уровней 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 запрещенной зоны полупроводника:
(3.2)
где h = 4,1410-15 эВс - постоянная Планка, c = 3108 - скорость света, Э - ширина запрещенной зоны.
На спектральной зависимости собственной фотопроводимости имеется максимум, проявляющийся в сравнительно узком спектральном диапазоне вблизи длинноволнового края собственного поглощения. При уменьшении длины волны излучения от возрастает интенсивность оптических переходов, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости. С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых λ) существенно возрастает показатель оптического поглощения, что сопровождается уменьшением глубины проникновения света в полупроводник. При этом неравновесные носители заряда, возбуждаемые в тонком поверхностном слое, 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, растет фотопроводимость. В области слабых световых потоков характеристика обычно имеет линейный характер. Однако с повышением интенсивности света линейность нарушается, рост фотопроводимости замедляется. Отклонение от линейной зависимости при высоких уровнях возбуждения объясняется усиливающейся ролью процесса рекомбинации вследствие превращения части ловушек захвата в рекомбинационные центры.
В настоящей работе исследование фотоэлектрических свойств полупроводников проводится на примере материалов, применяемых в промышленных фоторезисторах. 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 галогенной лампы E, питаемой от источника G, через щель монохроматора F, ширина которой регулируется микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство .
|
Схема для исследования фотоэлектрических свойств полупроводников |
Обработка результатов
Y'ф, у.е. |
Y'ф/Y'ф(max), о.е. |
||
6,117977 |
0,145527 |
0,0418479 |
8,59E-05 |
8,409312 |
0,226741 |
0,0575210 |
1,34E-04 |
11,454116 |
0,356783 |
0,0783479 |
2,11E-04 |
15,389730 |
0,603409 |
0,1052681 |
3,56E-04 |
20,411392 |
0,933505 |
0,1396170 |
5,51E-04 |
28,003496 |
1,612964 |
0,1915482 |
9,52E-04 |
39,405789 |
2,987903 |
0,2695416 |
1,76E-03 |
55,384159 |
5,402345 |
0,3788361 |
3,19E-03 |
72,306447 |
9,165873 |
0,4945871 |
5,41E-03 |
99,552346 |
17,379079 |
0,6809532 |
1,03E-02 |
146,195577 |
39,125608 |
1,0000000 |
2,31E-02 |
143,998758 |
64,932457 |
0,9849734 |
3,83E-02 |
128,721375 |
97,190387 |
0,8804738 |
5,73E-02 |
118,340619 |
138,790099 |
0,8094679 |
8,19E-02 |
99,865688 |
246,680936 |
0,6830965 |
1,46E-01 |
67,582064 |
1694,702325 |
0,4622716 |
1,00E+00 |
35,803764 |
1031,797273 |
0,2449032 |
6,09E-01 |
16,484594 |
471,965588 |
0,1127571 |
2,78E-01 |
7,386196 |
96,036943 |
0,0505227 |
5,67E-02 |
2,254309 |
11,755205 |
0,0154198 |
6,94E-03 |
0,445229 |
0,712632 |
0,0030454 |
4,21E-04 |
0,068808 |
0,037927 |
0,0004707 |
2,24E-05 |
0,042260 |
0,018176 |
0,0002891 |
1,07E-05 |
0,029645 |
0,014489 |
0,0002028 |
8,55E-06 |
0,023534 |
0,010996 |
0,0001610 |
6,49E-06 |
0,021698 |
0,007988 |
0,0001484 |
4,71E-06 |
0,020035 |
0,005266 |
0,0001370 |
3,11E-06 |
0,018337 |
0,003293 |
0,0001254 |
1,94E-06 |
0,014986 |
0,003139 |
0,0001025 |
1,85E-06 |
0,012096 |
0,002829 |
0,0000827 |
1,67E-06 |
Пороговая длина волны для 1 и 2 образцов составила: 0,524нм и 0,540нм.
Энергия активации для CdS и CdSe:
W(CdS) = 2,37 эВ
W(CdSe) = 2,3 эВ