Описание установки
В настоящей работе на установке, схема которой представлена на рис. 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. 1). Световой
поток от лампы E, питаемой от источника G, через входную щель монохроматора F1, ширина которой регулируется микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство П.
Рисунок 1 – Схема для исследования фотоэлектрических свойств полупроводников
На выходе монохроматора (щель F2) установлены исследуемые образцы R полупроводниковых материалов. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.
Обработка измерений
Вычислим проводимость полупроводников на свету для всех длин волн γс = 1/Rc.
Пример расчета для CdS для деления барабана, равного 600:
Вычислим фотопроводимость γф, используя значения темновых сопротивлений.
Пример расчета для CdS для деления барабана, равного 600:
Вычислим приведенную фотопроводимость γ`ф.
Пример
расчета для образца №1 для деления
барабана, равного 600:
Результаты расчетов для CdS занесем в таблицу 1, для CdSe – в таблицу 2:
Таблица 1
Деление барабана |
λ, мкм |
Эλ, у.е. |
Rc,МОм |
γс,мкСм |
γф,мкСм |
γ`ф,у.е. |
γ`ф/ γ`фmax,о.е. |
600 |
0,476 |
0,141 |
2,73 |
0,366 |
0,304 |
2,157 |
0,020 |
700 |
0,477 |
0,143 |
2,23 |
0,448 |
0,386 |
2,701 |
0,025 |
800 |
0,478 |
0,145 |
1,87 |
0,535 |
0,473 |
3,259 |
0,030 |
900 |
0,479 |
0,147 |
1,44 |
0,694 |
0,632 |
4,301 |
0,039 |
1000 |
0,480 |
0,150 |
1,08 |
0,926 |
0,864 |
5,758 |
0,053 |
1100 |
0,481 |
0,153 |
867⸱10-3 |
1,153 |
1,091 |
7,132 |
0,065 |
1200 |
0,482 |
0,157 |
627⸱10-3 |
1,595 |
1,533 |
9,762 |
0,089 |
1300 |
0,484 |
0,163 |
460⸱10-3 |
2,174 |
2,112 |
12,955 |
0,118 |
1400 |
0,487 |
0,172 |
337⸱10-3 |
2,967 |
2,905 |
16,891 |
0,154 |
1500 |
0,490 |
0,182 |
243⸱10-3 |
4,115 |
4,053 |
22,269 |
0,204 |
1600 |
0,494 |
0,195 |
162⸱10-3 |
6,173 |
6,111 |
31,337 |
0,287 |
1700 |
0,499 |
0,210 |
104⸱10-3 |
9,615 |
9,553 |
45,491 |
0,416 |
1800 |
0,505 |
0,228 |
73⸱10-3 |
13,699 |
13,636 |
59,809 |
0,547 |
1900 |
0,512 |
0,248 |
47⸱10-3 |
21,277 |
21,214 |
85,542 |
0,782 |
2000 |
0,520 |
0,270 |
33,8⸱10-3 |
29,586 |
29,524 |
109,347 |
1,000 |
2100 |
0,528 |
0,295 |
35,7⸱10-3 |
28,011 |
27,949 |
94,742 |
0,866 |
2200 |
0,536 |
0,323 |
34,6⸱10-3 |
28,902 |
28,840 |
89,287 |
0,817 |
2300 |
0,545 |
0,353 |
35,6⸱10-3 |
28,090 |
28,028 |
79,399 |
0,726 |
2400 |
0,555 |
0,385 |
42,1⸱10-3 |
23,753 |
23,691 |
61,534 |
0,563 |
2500 |
0,566 |
0,420 |
62⸱10-3 |
16,129 |
16,067 |
38,254 |
0,350 |
2600 |
0,579 |
0,460 |
116,8⸱10-3 |
8,562 |
8,499 |
18,477 |
0,169 |
2700 |
0,594 |
0,505 |
235⸱10-3 |
4,255 |
4,193 |
8,303 |
0,076 |
2800 |
0,611 |
0,560 |
517⸱10-3 |
1,934 |
1,872 |
3,343 |
0,031 |
2900 |
0,629 |
0,630 |
1,68 |
0,595 |
0,533 |
0,846 |
0,008 |
3000 |
0,649 |
0,710 |
6,75 |
0,148 |
0,086 |
0,121 |
0,001 |
3100 |
0,672 |
0,830 |
11,2 |
0,089 |
0,027 |
0,033 |
3,0⸱10-4 |
3200 |
0,697 |
0,990 |
12,1 |
0,083 |
0,020 |
0,021 |
1,9⸱10-4 |
3300 |
0,725 |
1,170 |
12,67 |
0,079 |
0,017 |
0,014 |
1,3⸱10-4 |
3400 |
0,758 |
1,370 |
12,73 |
0,079 |
0,016 |
0,012 |
1,1⸱10-4 |
3500 |
0,800 |
1,600 |
12,05 |
0,083 |
0,021 |
0,013 |
1,2⸱10-4 |
Таблица 2
Деление барабана |
λ, мкм |
Эλ, у.е. |
Rc,МОм |
γс,мкСм |
γф,мкСм |
γ`ф,у.е. |
γ`ф/ γ`фmax,о.е. |
600 |
0,476 |
0,141 |
14,27 |
0,070 |
0,006 |
0,044 |
5,9⸱10-5 |
700 |
0,477 |
0,143 |
13,91 |
0,072 |
0,008 |
0,056 |
7,5⸱10-5 |
800 |
0,478 |
0,145 |
13,33 |
0,075 |
0,011 |
0,077 |
1,0⸱10-4 |
900 |
0,479 |
0,147 |
12,55 |
0,080 |
0,016 |
0,108 |
1,4⸱10-4 |
1000 |
0,480 |
0,150 |
11,66 |
0,086 |
0,022 |
0,146 |
2,0⸱10-4 |
1100 |
0,481 |
0,153 |
10,51 |
0,095 |
0,031 |
0,205 |
2,7⸱10-4 |
1200 |
0,482 |
0,157 |
9,01 |
0,111 |
0,047 |
0,300 |
4,0⸱10-4 |
1300 |
0,484 |
0,163 |
7,36 |
0,136 |
0,072 |
0,442 |
0,001 |
1400 |
0,487 |
0,172 |
5,75 |
0,174 |
0,110 |
0,640 |
0,001 |
1500 |
0,490 |
0,182 |
3,89 |
0,257 |
0,193 |
1,062 |
0,001 |
1600 |
0,494 |
0,195 |
2,31 |
0,433 |
0,369 |
1,893 |
0,003 |
1700 |
0,499 |
0,210 |
1,33 |
0,752 |
0,688 |
3,276 |
0,004 |
1800 |
0,505 |
0,228 |
701⸱10-3 |
1,427 |
1,363 |
5,977 |
0,008 |
1900 |
0,512 |
0,248 |
326,4⸱10-3 |
3,064 |
3,000 |
12,096 |
0,016 |
2000 |
0,520 |
0,270 |
144⸱10-3 |
6,944 |
6,881 |
25,484 |
0,034 |
2100 |
0,528 |
0,295 |
77,1⸱10-3 |
12,970 |
12,906 |
43,750 |
0,058 |
2200 |
0,536 |
0,323 |
45,1⸱10-3 |
22,173 |
22,109 |
68,449 |
0,091 |
2300 |
0,545 |
0,353 |
27,3⸱10-3 |
36,630 |
36,566 |
103,587 |
0,138 |
2400 |
0,555 |
0,385 |
9,9⸱10-3 |
101,010 |
100,946 |
262,198 |
0,350 |
2500 |
0,566 |
0,420 |
3,18⸱10-3 |
314,465 |
314,402 |
748,575 |
1,000 |
2600 |
0,579 |
0,460 |
3,11⸱10-3 |
321,543 |
321,480 |
698,869 |
0,934 |
2700 |
0,594 |
0,505 |
7,21⸱10-3 |
138,696 |
138,632 |
274,520 |
0,367 |
2800 |
0,611 |
0,560 |
43,5⸱10-3 |
22,989 |
22,925 |
40,937 |
0,055 |
2900 |
0,629 |
0,630 |
331,7⸱10-3 |
3,015 |
2,951 |
4,684 |
0,006 |
3000 |
0,649 |
0,710 |
3,8 |
0,263 |
0,199 |
0,281 |
3,7⸱10-4 |
3100 |
0,672 |
0,830 |
11,33 |
0,088 |
0,024 |
0,029 |
3,9⸱10-5 |
3200 |
0,697 |
0,990 |
12,61 |
0,079 |
0,015 |
0,016 |
2,1⸱10-5 |
3300 |
0,725 |
1,170 |
13,04 |
0,077 |
0,013 |
0,011 |
1,5⸱10-5 |
3400 |
0,758 |
1,370 |
13,41 |
0,075 |
0,011 |
0,008 |
1,0⸱10-5 |
3500 |
0,800 |
1,600 |
13,78 |
0,073 |
0,009 |
0,005 |
7,3⸱10-6 |
Построим по данным таблиц 1 и 2 график спектральной
зависимости фотопроводимости для CdS и CdSe, откладывая по оси абсцисс значения длин волн, а по оси ординат – относительную фотопроводимость.
Рисунок 1 – График зависимости относительной проводимости от длины волны для CdS и CdSe
Определим красную границу фоторезистивного эффекта.
Примем λпор = λ1/2, при которой фотопроводимость равна половине её значению при λmax.
Для образца №1: λпор = 0,56 мкм
Для образца №2: λпор = 0,59 мкм
По полученному значению λпор вычислим энергию активации
фотопроводимости:
Для CdS:
Для CdSe:
Вычислим проводимость и фотопроводимость каждого из образцов
для каждого значения ширины щели.
Пример расчета для CdS для ширины щели 0,01 мм:
Результаты расчетов для CdS занесем в таблицу 3, для
CdSe – в таблицу 4:
Таблица 3
d, мм |
Rc, МОм |
γс, мкСм |
γф, мкСм |
d/dmax, о.е. |
0,01 |
16,08 |
0,062 |
0,000 |
0,003 |
0,02 |
15,51 |
0,064 |
0,002 |
0,005 |
0,03 |
6,77 |
0,148 |
0,086 |
0,008 |
0,05 |
1,6 |
0,625 |
0,563 |
0,013 |
0,1 |
580⸱10-3 |
1,724 |
1,662 |
0,025 |
0,2 |
255⸱10-3 |
3,922 |
3,859 |
0,050 |
0,3 |
171⸱10-3 |
5,848 |
5,786 |
0,075 |
0,5 |
108⸱10-3 |
9,259 |
9,197 |
0,125 |
1,0 |
58,6⸱10-3 |
17,065 |
17,003 |
0,250 |
2,0 |
36,3⸱10-3 |
27,548 |
27,486 |
0,500 |
4,0 |
33,8⸱10-3 |
29,586 |
29,524 |
1,000 |
Таблица 4
d, мм |
Rc, МОм |
γс, мкСм |
γф, мкСм |
d/dmax, о.е. |
0,01 |
15,66 |
0,064 |
0,000 |
0,003 |
0,02 |
14,9 |
0,067 |
0,003 |
0,005 |
0,03 |
9,1 |
0,110 |
0,046 |
0,008 |
0,05 |
700⸱10-3 |
1,429 |
1,365 |
0,013 |
0,1 |
84,9⸱10-3 |
11,779 |
11,715 |
0,025 |
0,2 |
30,7⸱10-3 |
32,573 |
32,509 |
0,050 |
0,3 |
18,21⸱10-3 |
54,915 |
54,851 |
0,075 |
0,5 |
10,89⸱10-3 |
91,827 |
91,764 |
0,125 |
1,0 |
5,5⸱10-3 |
181,818 |
181,754 |
0,250 |
2,0 |
3,34⸱10-3 |
299,401 |
299,337 |
0,500 |
4,0 |
3,11⸱10-3 |
321,543 |
321,480 |
1,000 |