МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра микро- и наноэлектроники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выполнил: Маликов Б.И. Новиков Н.В. Горбунова А.Н.

Группа № 0207

Преподаватель: Пермяков Н.В.

Санкт-Петербург

2021

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование спектральных зависимостей фотопроводимости полупроводников СdS и СdSе и зависимостей фотопроводимости от уровня оптического облучения.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В настоящей работе на установке, схема которой представлена на рис. 3.1, исследуются фотоэлектрические свойства полупроводниковых материалов, которые широко используются для производства промышленных фоторезисторов – сульфида кадмия (CdS) и селенида кадмия (CdSe), обладающих высокой чувствительностью к излучению видимого диапазона спектра. Основной частью установки для исследования фотоэлектрических свойств полупроводников является монохроматор (см. рис. 3.1). Световой поток от лампы E, питаемой от источника G, через входную щель монохроматора F1, ширина которой регулируется микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство .

На выходе монохроматора (щель F₂) установлены исследуемые образцы R полупроводниковых материалов. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.

Основные теоретические положения

Фотоэлектрические свойства полупроводника описывают изменение электрических характеристик материала при воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона. Возникающие при этом процессы называют фотоэлектрическими эффектами (фотоэффектами). В однородных полупроводниках наиболее важным является фоторезистивный эффект (ФРЭ), который состоит в уменьшении сопротивления полупроводника под воздействием света. Для возникновения ФРЭ полупроводник необходимо облучать потоком фотонов с энергиями, достаточными для ионизации собственных или примесных атомов. При этом происходит увеличение концентрации свободных носителей заряда и возрастает удельная проводимость полупроводника. Добавочную проводимость, возникающую при фотоактивном поглощении, называют фотопроводимостью γ_ф. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету γ_c и в темноте γ_T:

γ_{ф =} γ_с – γ_Т

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 уровни (образованием дырок в валентной зоне).

Важнейшим свойством ФРЭ является зависимость фотопроводимости от энергии (длины волны) падающего фотона, описываемой спектральной характеристикой. Для возбуждения собственной фотопроводимости энергия фотонов должна превышать пороговое значение, определяемое шириной запрещенной зоны полупроводника:

где h = 4,1410^-15 эВс – постоянная Планка; c = 310⁸ м/с – скорость света; Э – ширина запрещенной зоны.

Пороговое значение длины волны λ_пор, соответствующее Э, называют красной границей фотоэффекта. При уменьшении длины волны излучения от λ_пор интенсивность оптических переходов возрастает, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Вычислим , _, и , результаты занесем в таблицу:

1.1 Рассчитаем проводимость полупроводника на свету для всех длин волн по формуле:

1.2 Рассчитаем фотопроводимость по формуле:

1.3 Рассчитаем приведённую фотопроводимость по формуле:

Примеры вычислений при делении барабана – 600:

CdS:

1. = = 0,275255 [мкСм]

2. = 0,275255 - = 0,214111 [мкСм]

3. = = 1,518519 [мкСм]

По аналогии считаем остальное.

Для первого полупроводника ( ):

Делений барабана	, у.е.	, мкм	, МОм	, мкСм	, мкСм	, мкСм	, мкСм
600	0,141	0,476	3,633	0,275255	0,214111	1,518519	102,6542	0,014793
700	0,143	0,477	2,907	0,343997	0,282854	1,977999		0,019269
800	0,145	0,478	2,201	0,454339	0,393196	2,711693		0,026416
900	0,147	0,479	1,685	0,593472	0,532328	3,621282		0,035277
1000	0,15	0,48	1,22	0,819672	0,758529	5,056858		0,049261
1100	0,153	0,481	0,916	1,091703	1,03056	6,735684		0,065615
1200	0,157	0,482	0,672	1,488095	1,426952	9,088865		0,088539
1300	0,163	0,484	0,48	2,083333	2,02219	12,40607		0,120853
1400	0,172	0,487	0,351	2,849003	2,787859	16,20849		0,157894
1500	0,182	0,49	0,248	4,032258	3,971115	21,81931		0,212552
1600	0,195	0,494	0,167	5,988024	5,926881	30,39426		0,296084
1700	0,21	0,499	0,111	9,009009	8,947866	42,60888		0,415072
1800	0,228	0,505	0,076	13,15789	13,09675	57,44189		0,559567
1900	0,248	0,512	0,05	20	19,93886	80,39862		0,783198
2000	0,27	0,52	0,036	27,77778	27,71663	102,6542		1
2100	0,295	0,528	0,037	27,02703	26,96588	91,40978		0,890463
2200	0,323	0,536	0,036	27,77778	27,71663	85,81001		0,835913
2300	0,353	0,545	0,037	27,02703	26,96588	76,39061		0,744155
2400	0,385	0,555	0,043	23,25581	23,19467	60,2459		0,586882
2500	0,42	0,566	0,062	16,12903	16,06789	38,25688		0,372677
2600	0,46	0,579	0,112	8,928571	8,867428	19,27702		0,187786
2700	0,505	0,594	0,224	4,464286	4,403142	8,719094		0,084937
2800	0,56	0,611	0,498	2,008032	1,946889	3,476587		0,033867
2900	0,63	0,629	1,648	0,606796	0,545653	0,866115		0,008437
3000	0,71	0,649	6,511	0,153586	0,092443	0,130201		0,001268
3100	0,83	0,672	11,135	0,089807	0,028664	0,034534		0,000336
3200	0,99	0,697	12,17	0,082169	0,021026	0,021238		0,000207
3300	1,17	0,725	12,848	0,077833	0,01669	0,014265		0,000139
3400	1,37	0,758	12,805	0,078094	0,016951	0,012373		0,000121
3500	1,6	0,8	12,248	0,081646	0,020503	0,012814		0,000125