МЭТ / мээт-3

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

Санкт-Петербург

2022

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

поглощении, называют фотопроводимостью. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте: Ф С Т (1). Различают

собственную и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость обусловлена оптическими переходами электронов из валентной зоны 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

постоянная Планка; с=3 108 м/с – скорость света; W – ширина запрещённой зоны. В спектральной зависимости собственной фотопроводимости имеется максимум,

появляющийся в сравнительно узком спектральном диапазоне вблизи длинноволнового края собственного поглощения. При уменьшении длины волны излучения от пор возрастает интенсивность оптических переходов, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости. С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых длин волн) существенно возрастает показатель оптического поглощения, что сопровождается уменьшением глубины проникновения излучения в полупроводник. При этом возникающие в тонком поверхностном слое неравновесные носители заряда 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, растёт фотопроводимость. В области слабых световых потоков характеристика обычно имеет линейный характер. Однако с повышением интенсивности света линейность нарушается, рост фотопроводимости замедляется. Отклонение от линейного закона при высоких уровнях возбуждения объясняется усиливающейся ролью процессов рекомбинации вследствие превращения части ловушек захвата в рекомбинационные центры.

В настоящей работе исследование фотоэлектрических свойств полупроводников производится на примере материалов, применяемых в фоторезисторах.

Используются промышленные фоторезисторы 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 лампы Е, питающейся от сети G, поступает на диспергирующее устройство П через щель F, величина которой регулируется с помощью микрометрического винта. Диспергирующее устройство П представляет собой призму, поворачивая которую с помощью барабана , можно освещать полупроводник светом определённой длины волны. На выходе монохроматора установлены исследуемые образцы R полупроводника 1 и 2 и индикатор облучаемого света. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.

Обработка результатов.

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

поглощении, называют фотопроводимостью. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте: Ф С Т (1). Различают

собственную и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость обусловлена оптическими переходами электронов из валентной зоны 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

постоянная Планка; с=3 108 м/с – скорость света; W – ширина запрещённой зоны. В спектральной зависимости собственной фотопроводимости имеется максимум,

появляющийся в сравнительно узком спектральном диапазоне вблизи длинноволнового края собственного поглощения. При уменьшении длины волны излучения от пор возрастает интенсивность оптических переходов, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости. С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых длин волн) существенно возрастает показатель оптического поглощения, что сопровождается уменьшением глубины проникновения излучения в полупроводник. При этом возникающие в тонком поверхностном слое неравновесные носители заряда 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, растёт фотопроводимость. В области слабых световых потоков характеристика обычно имеет линейный характер. Однако с повышением интенсивности света линейность нарушается, рост фотопроводимости замедляется. Отклонение от линейного закона при высоких уровнях возбуждения объясняется усиливающейся ролью процессов рекомбинации вследствие превращения части ловушек захвата в рекомбинационные центры.

В настоящей работе исследование фотоэлектрических свойств полупроводников производится на примере материалов, применяемых в фоторезисторах. Используются промышленные фоторезисторы 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 лампы Е, питающейся от сети G, поступает на диспергирующее устройство П через щель F, величина которой регулируется с помощью микрометрического винта. Диспергирующее устройство П представляет собой призму, поворачивая которую с помощью барабана , можно освещать полупроводник светом определённой длины волны. На выходе монохроматора установлены исследуемые образцы R полупроводника 1 и 2 и индикатор облучаемого света. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.

Обработка результатов.