3. Схема экспериментальной установки

Схема установки для измерения диффузионной длины показана на рис. 5.1.

ОС – оптическая система;

М – модулятор;

D – диафрагма;

СВ – селективный вольтметр.

Рис. 5.1. Схема установки для измерения диффузионной длины

Световой поток от источника света с помощью оптической системы ОС фокусируется в виде узкой полоски на поверхности измеряемого образца. Ширина световой полоски задается щелевой диафрагмой D и составляет около 0,1 мм. Световой поток модулируется вращающимся барабаном с прорезями М. Использование модулированного освещения позволяет выделить часть фотоЭДС, которая обусловлена диффузией неравновесных носителей заряда от световой полоски, исключая фотоЭДС, обусловленную фоновым освещением. Длительность и частота следования световых импульсов выбираются из условия установления стационарности концентрации неравновесных носителей заряда. При импульсной модуляции необходимо, чтобы длительность светового импульса была велика по сравнению с и больше, чем и . Таким же должен быть интервал между световыми импульсами. Этим условиям для германия удовлетворяет частота модуляции светового потока около 80 Гц со скважностью световых импульсов, близкой к единице.

Схема регистрации неравновесных носителей заряда состоит из металлического зонда-коллектора и селективного вольтметра, измеряющего фотоЭДС на частоте модуляции светового потока 80 Гц. Образец полупроводника закрепляют на столике манипулятора, который может перемещаться относительно неподвижной световой полоски. Зонд-коллектор устанавливают в любой точке поверхности образца германия. Он перемещается вместе с образцом. Для уменьшения уровня шумов в фотоЭДС и повышения стабильности контакта производят его формовку импульсами тока в несколько десятков миллиампер. Амплитуду импульсов тока формовки постепенно увеличивают до тех пор, пока не достигается необходимое отношение сигнал / шум. Для точного определения координаты зонда-коллектора отсчет расстояния ведется от точки, соответствующей максимуму напряжения фотоЭДС. Перемещая зонд-коллектор от световой полоски, измеряют зависимость фотоЭДС от расстояния до световой полоски. Измерения прекращают, когда определяемый сигнал становится соизмеримым с напряжением шума.

В качестве металлического зонда используют материал, образующий при контакте с полупроводником запирающий слой. Для германия n-типа используется зонд из вольфрама, заточенный электролитическим травлением. Перед измерением образец германия шлифуют микропорошком М14, травят в кипящем 30 %-м растворе H₂O_2, промывают дистиллированной водой и сушат.

4. Порядок выполнения задания

1. Включить питание селективного вольтметра, дать прогреться не менее 5 мин. Сфокусировать световую полоску на поверхности образца германия.

2. Подвести зонд-коллектор под световую полоску. Добиться максимального значения фотоЭДС, настроив на частоту модуляции селективный вольтметр и проведя формовку контакта импульсами тока.

3. Снять зависимость фотоЭДС от расстояния зонда-коллектора до световой полоски, перемещая образец микрометрическим винтом манипулятора и удаляя тем самым зонд-коллектор от световой полоски. Данные занести в таблицу, фотоЭДС в милливольтах, расстояние в миллиметрах.

4. Поскольку ширина полоски составляет 0,1 мм, а длина 8 мм, выбрать диапазон расстояний, удовлетворяющих условию (5.15). Построить в полулогарифмическом масштабе зависимость

где V – значение фотоЭДС, мB; – максимальное значение фотоЭДС, мB; r – расстояние от зонда-коллектора до световой полоски, мм. Масштаб по осям указан на рис. 5.2.

5. Совмещая экспериментальную кривую с теоретическими, приведенными на рис. 5.2, выбрать теоретическую кривую, максимально совпадающую по наклону с экспериментальной, и определить диффузионную длину дырок в образце германия n-типа.

Рис. 5.2. Зависимость натуральных логарифмов функции Ганкеля от

цилиндрической координаты с диффузионной длиной как параметр