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. 1282 |
|
f.В. |
|
Преподаватель |
|
Муратова Е.Н. |
|
Санкт-Петербург
2022
Цель работы.
Исследование
спектральных зависимостей фотопроводимости
полупроводников
и
и зависимостей фотопроводимости от
уровня оптического облучения.
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: уменьшение сопротивления
полупроводника под воздействием света.
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
.
Фотопроводимость равна разности
проводимостей полупроводника на свету
и
в темноте
:
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.
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
– постоянная Планка;
– скорость света;
– ширина запрещённой зоны.
Пороговое
значение длины волны
,
соответствующее
,
называют красной
границей
фотоэффекта. При уменьшении длины волны
излучения от
возрастает фотопроводимость.
Важное значение имеет фоточувствительность материалов. При фотооблучении возникают неравновесные носители заряда, которые при снятии облучения исчезают вследствие рекомбинации.
Основной принцип повышения фоточувствительности материала заключается в увеличении времени жизни неравновесных носителей заряда. Для этого в материал вводятся примеси, создающие в запрещенной зоне уровни, называемые «ловушками захвата». В отличие от рекомбинационных уровней, на них могут захватываться носители заряда только одного знака, а вероятность захвата носителей другого знака крайне мала. Вследствие этого время жизни носителей другого знака значительно увеличивается и возрастает их концентрация, что обуславливает высокую фотопроводимость (фоточувствительность).
Рисунок
1 - Схема для исследования фотоэлектрических
свойств полупроводников
Зависимость фотопроводимости от интенсивности облучения называется световой характеристикой.
Описание установки
Основной
частью установки для исследования
фотоэлектрических свойств полупроводников
является монохроматор. Световой поток
от лампы
,
питаемой от источника
,
через входную щель монохроматора
,
ширина которой регулируется микрометрическим
винтом, поступает на диспергирующее
устройство
.
На выходе монохроматора (щель
)
установлены исследуемые образцы
полупроводниковых материалов. Изменение
проводимости фиксируется с помощью
цифрового омметра
.
Обработка наблюдений.
Таблица 1.1 данные наблюдений.
Деление барабана |
Rс , МОм |
|
Образец 1 |
Образец 2 |
|
600 |
3,16 |
13,29 |
700 |
2,48 |
12,64 |
800 |
1,93 |
11,61 |
900 |
1,49 |
10,62 |
1000 |
1,12 |
9,54 |
1100 |
0,83 |
8,28 |
1200 |
0,61 |
6,61 |
1300 |
0,446 |
5,18 |
1400 |
0,32 |
3,87 |
1500 |
0,236 |
2,65 |
1600 |
0,158 |
1,54 |
1700 |
0,104 |
0,904 |
1800 |
0,073 |
0,508 |
1900 |
0,047 |
0,26 |
2000 |
0,033 |
0,121 |
2100 |
0,034 |
0,067 |
2200 |
0,034 |
0,04 |
2300 |
0,035 |
0,026 |
2400 |
0,042 |
0,01 |
2500 |
0,061 |
0,003 |
2600 |
0,114 |
0,0032 |
2700 |
0,223 |
0,007 |
2800 |
0,506 |
0,047 |
2900 |
1,65 |
0,41 |
3000 |
6,37 |
5,26 |
3100 |
10,7 |
12,7 |
3200 |
12,05 |
13,5 |
3300 |
12,7 |
13,7 |
3400 |
12,8 |
13,9 |
3500 |
12,6 |
14,1 |
RT1= 16,08 МОм
RT2= 15,72 МОм
Таблица 1.2 данные наблюдений.
d |
Rс , МОм |
|
Образец 1(2000) |
Образец 2(2500) |
|
0,01 |
16,04 |
15,69 |
0,02 |
15,8 |
13,36 |
0,03 |
3,5 |
1,3 |
0,05 |
1,25 |
0,16 |
0,1 |
0,5 |
0,05 |
0,2 |
0,24 |
0,024 |
0,3 |
0,16 |
0,017 |
0,5 |
0,1 |
0,011 |
1 |
0,057 |
0,007 |
2 |
0,037 |
0,004 |
4 |
0,035 |
0,0035 |