Описание установки и методика измерений

На рис. 3.2 приведена схема лабораторной установки. Основными ее частями являются монохроматор УМ-2 (1), разлагающий излучение источника света ОИ-24 (2) по длинам волн и ячейка с электролитом (3), в которую помещается исследуемая пластина и контрэлектрод. Свет от источника излучения (2) прерывается модулятором (4) и фокусируется на входное отверстие монохроматора (1), на выходе которого находится ячейка с пластиной (3). ФотоЭДС, возникшая в системе полупроводник-электролит-контрэлектрод, регистрируется стрелочным вольт­метром ВЗ-33 (5).

Рис.3.2. Схема лабораторной установки.

Подготовка установки к работе

1. Включить в сеть источник света ОИ-24.

2. Включить в сеть модулятор.

3. Вольтметр ВЗ-33 включить в следующим образом:

а) переключатель пределов измерения установить в крайнее правое положение;

б) переключатель "mV - V" - в положение "V";

в) тумблер "Сеть" - в положение "Включено".

Установка к работе готова.

Для того чтобы использовать методику измерения, описанную в теоретической части данной работы, необходимо убедиться, что режим работы малосигнальный, т.е. величина фотоЭДС далека от насыщения (с этой целью следует измерить люкс-амперную характеристику).

Задание и порядок выполнения работы

1). Исследовать люкс-амперную характеристику:

а) установить барабан монохроматора на деление 3250, что соответствует длине волны излучения 0,9 мкм;

б) переключатель пределов вольтметра ВЗ-33 установить в положе­ние, соответствующее появлению сигнала (отклонение стрелки);

в) убедиться, что отклонение стрелки вызвано сигналом фотоЭДС, для чего необходимо перекрыть непрозрачным предметом входную щель монохроматора;

г) вращая барабан монохроматора, добиться максимального значе­ния фотосигнала;

д) устанавливая на столик нейтральные фильтры (сетки), снять зависимость фотоЭДС от интенсивности излучения. Данные занести в табл. 3.1. Интенсивность света, пройденного через светофильтры, указана в табл. 3.2.

Таблица 3.1

Люкс-амперная характеристика

U, mV
I, %	100

Таблица 3.2

Градуировочная таблица

№ фильтра	Х	I	VI	I+X	I+VI	X+VI	X+VI+I
I, %	73	67	38	49	25	28	14

е) используя данные табл.3.1, построить график зависимости .

ж) установить фильтрами освещенность, при которой зависимость соответствует линейному участку кривой.

2) Измерить диффузионную длину ННЗ из спектральной зависи­мости фотоЭДС следующим образом.

Изменяя длину волны излучения вращением барабана монохроматора, снять зависимость сигнала фотоЭДС от длины волны. Этот эксперимент проде­лать для области 3200...3500 делений барабана через каждые 50 деле­ний (график градуировки монохроматора, т.е. зависимости длины волны от делений барабана, находится на рабочем месте).

Полученные данные занести в табл. 3.3.

Таблица 3. 3

Спектральные характеристики

№ п/п	Деление барабана	λ, мкм					I1	I2	I1 λ	I2 λ

Осторожно передвигая ячейку, найти точку пластины, где значение сигнала фотоЭДС меньше предыдущего. Как и для первого случая, исследовать спектральную зависимость сигнала в дан­ной точке.

Занести данные в табл. 3.3.

Источник света на разных длинах волн имеет разную интенсивность, следовательно, на спектры и наложен спектр источника света. Для того чтобы получить спектральную зависимость фотоЭДС при постоянной интенсивности возбуждения, необходимо разделить U_Ф1 и U_Ф2 на U₀ где U₀ - спектр источника (табл. 3.4). Для этого по результатам данных табл.3.4 построить график зависимости U₀ от длины волны λ, определить значения U₀ для рассматриваемых точек спектра и вычислить значения и .

и

Полученные результаты занести в табл. 3.3.

Таблица 3.4.

Спектральная характеристика источника света

U0 , Отн.ед.	7,8	7,3	7,1	7,4	8,2	9,1	10,5	10,5
λ, мкм	0,8	0,85	0,88	0,9	0,92	0,94	0,96	1,0

Привести спектры U_Ф1 и U_Ф2 к такому виду, чтобы сигнал U_Ф был одинаков при всех длинах волн. Для этого каждое значение необходимо умножить на величину I (λ) чтобы произведение получилось равным U_мах. Величина I (λ) показывает, во сколько раз интенсивность с данной длины волны λ должна быть больше, чем интенсивность света в максимуме спектра , для того, чтобы величина была одинакова для этих волн. Считать I (λ) в точке U_Фмах равной 1.

;

Полученные I_{1 х} λ, I_{2 х} λ занести в табл.3.3.

Рассчитать коэффициент поглощения α для длин волн 0,8…1,0 мкм и обратные значения коэффициента поглощения занести в табл. 3.3.

Используя данные табл.3.3, построить зависимости I₁λ=f(α^-1), I₂λ=f(α^-1). Экстраполировать прямые на ось α^-1 . Отрезки, отсекаемые на отрицательной ветви оси, дадут значение диффузионной длины ННЗ (дырок) L₁ и L₂ для двух точек полупроводниковой пластины.

Рассчитать значенияииз формулы

,

где D – коэффициент диффузии дырок, равный 13,1 см²/с.