3 Некоторые аспекты измерения стационарной фотопроводимости

Наиболее часто для измерения стационарной фотопроводимости и характеризующих ее параметров используют схему, представленную на рис.4:

Рис. 4. Схема измерения стационарной фотопроводимости

Образец освещается светом (как правило, модулированным). Фототок вызывает падение напряжения на сопротивлении R, включенном последовательно с образцом. Это напряжение измеряется электронным вольтметром.

Найдем связь между напряжением dU, измеряемым вольтметром, и фотопроводимостью dG образца, возникающей при его освещении.

Без освещения через образец протекает ток, величина которого определяется сопротивлением образца 1/G и сопротивлением нагрузки R:

(3.1)

При освещении образца ток возрастает на величину dI, обусловленную фотопроводимостью:

(3.2)

Увеличение тока приводит к изменению напряжения на сопротивлении:

(3.3)

откуда получаем соотношение между фотопроводимостью и напряжением:

(3.4)

Как видно из (3.4), связь между фотопроводимостью и измеряемым напряжением нелинейна, для вычисления фотопроводимости кроме dU необходимо измерить U и G. В частном случае, когда сопротивление R мало по сравнению с (G+dG)–1, то dU<<U, и соотношение (3.4) принимает вид:

(3.5)

Этот режим измерения характерен тем, что при освещении образца электрическое поле его сохраняется неизменным и существует линейная зависимость между измеряемым напряжением и фотопроводимостью.

Когда же сопротивление R выбирают много больше сопротивления образца, осуществляется режим постоянного тока и, как следует из (3.4),

(3.6)

то есть зависимость dG от dU снова нелинейна.

Выражения (3.5) и (3.6) справедливы при произвольном уровне возбуждения, так как никаких предположений относительно величины dG не делалось. Однако если относительное изменение проводимости при освещении мало, т. е. dG<<G, то из (3.3) следует:

(3.7)

или при освещении образца светом, модулированным по интенсивности

(3.7*)

где U_~ – амплитуда переменного напряжения.

Выражение (3.7) показывает, что в случае низкого уровня возбуждения линейная связь между фотопроводимостью и измеряемым напряжением осуществляется при любой величине сопротивления R. С целью получения максимальной величины напряжения dU (U~) сопротивление R выбирают равным сопротивлению образца, при этом

(3.8)

а в случае модулированного освещения

(3.8*)

4 Методика измерений спектральных зависимостей фотопроводимости

Блок-схема установки, используемая для исследования спектральной зависимости полупроводникового образца представлена на рис. 5.

Одна из поверхностей полупроводникового образца, имеющего форму прямоугольной пластины, освещается светом от источника ИС. Световой поток проходит через оптическую систему ОС, монохроматор М_Х. Фототок создаёт напряжение на резисторе R, включенном последовательно с образцом. Это напряжение измеряется электронным вольтметром V.

Измерения выполняются в режиме низких освещенностей. Следовательно, dG<<G и поэтому справедливо выражение (3.7).

Освещение полупроводникового образца осуществляется светом лампы накаливания, прошедшим через монохроматор.

Лампа накаливания имеет непрерывный спектр излучения в диапазоне 0,3 – 2,5 мкм, в пределах которого лежит край собственного поглощения многих полупроводниковых материалов, в том числе кремния, германия и соединений типа A^IIIB^V и A^IIB^VI. Разложение в спектр проводится с помощью монохроматора УМ-2, схема которого приведена на рис.5. После входной щели d₁ свет объективом О₁ направляется на призму Р, которая разлагает его в спектр. Угол поворота призмы отмечается числом делений на барабане Б в относительных единицах. Поворотом призмы Р определенный участок спектра направляется в объектив О₂ и к выходной щели d₂ монохроматора. Градуировочные данные для пересчета показаний барабана в длины волн приведены в таблице 2 (график прилагается). Ширины входной и выходной щелей монохроматора устанавливаются независимо друг от друга. Разрешающая способность прибора d в зависимости от ширины щели (при равных значениях ширины входной и выходной щелей) приведена в таблице 3.

Ячейка с исследуемым образцом расположена в специальном держателе, монтируемом за выходной щелью.

Сигнал фотопроводимости, снимаемый с сопротивления нагрузки, подается на цифровой вольтметр.

Осветитель представляет собой кожух с установленной в нем лампой (12 В, 21 Вт), питаемой для уменьшения пульсаций постоянным током. На кожухе имеются винты для юстировочных перемещений лампы по вертикали и по горизонтали.