лр3_мэт

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 = 4,1410^-15 эВс - постоянная Планка, c = 310⁸ - 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

Это устройство представляет собой призму, поворачивая которую с помощью барабана, можно освещать ФP светом определенной длины волны. ны волны. На выходе монохроматора установлены исследуемые образцы (R) полупроводника 1 и 2. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.

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