2.6. Методи вимірювання стаціонарної фотопровідності

При дослідженні фотопровідності виникає потреба вимірювання величини стаціонарної провідності та визначення основних параметрів (часу життя нерівноважних носіїв заряду , квантового виходу внутрішнього фотоефекту ). Спочатку розглянемо методи вимірювання стаціонарної фотопровідності.

2.6.1. Методи з постійним освітленням

Стаціонарну фотопровідність _ст можна вимірювати різними методами в залежності від співвідношення між темновою провідністю ₀ досліджуваного кристала та фотопровідністю. У випадку високоомних фоточутливих кристалів, для яких _ст >> ₀, для вимірювання величини _ст можна використовувати найпростішу

- 55 -

схему, в якій послідовно з’єднуються джерело постійного струму, зразок і вимірювальний прилад, наприклад гальванометр (рис. 2.7). Вимірювання _ст при використанні такої схеми базується на вимірюванні збільшення величини струму у колі зразка при його освітленні світлом сталої інтенсивності.

Рис. 2.7. Найпростіша схема вимірювання фотопровідності:

Дж – джерело постійного струму, Г – гальванометр

Як зазначалось раніше (п. 2.3), величина фотопровідності дорівнює різниці між провідністю зразка _с при освітленні та провідністю ₀ при відсутності освітлення:  = _с – ₀. Значення _с та ₀ можна визначити за величинами струму і_с при освітленні зразка та І₀ при відсутності освітлення за умови, що спадання напруги V на зразку відоме. Тоді значення І_с та І₀ дорівнюють

, (2.53)

де r₀ – опір досліджуваного зразка в темряві (при відсутності освітлення); r – зменшення опору зразка при освітленні. Провідність _с і ₀ відповідно дорівнюють

. (2.54)

Використовуючи співвідношення (2.53) і (2.54), можна визначити величину  при відомому значенні спаду напруги V.

- 56 -

Описаний метод придатний для вимірювання стаціонарної фотопровідності напівпровідників з високою фоточутливістю, коли при освітленні відбувається помітне збільшення сили струму в колі зразка. Якщо збільшення величини струму при освітленні зразка невелике, то виміряти величину  з високою точністю неможливо.

Рис. 2.8. Компенсаційна схема вимірювання фотопровідності

У випадку напівпровідників із високою провідністю ₀, коли виконується нерівність _ст << ₀, використовуються інші схеми, які не базуються на безпосередньому вимірюванні темнового струму. У найпростішому випадку використовують компенсаційну схему (рис. 2.8), у якій за допомогою потенціометра постійного струму П здійснюють компенсацію спаду напруги U₀ на опорі навантаження R_H при відсутності освітлення, а потім при освітленні U_c. За величиною зміни спаду напруги U визначають зміну струму І через зразок при освітленні його світлом сталої інтенсивності й, використовуючи закон Ома, визначають величину стаціонарної фотопровідності.

2.6.2. Метод із модульованим освітленням

Модульованим називають освітлення, інтенсивність якого змінюється за певним законом. Найпростіший спосіб модуляції світла – переривання світлового потоку за допомогою механічного модулятора, виготовленого у вигляді диска з отворами або секторними вирізами. При обертанні такого диска доокола осі, яка проходить через його

- 57 -

центр, відбувається періодичне переривання та відкривання світлового променя, що падає перпендикулярно до площини диска (рис. 2.9). За допомогою механічного модулятора отримують прямокутні світлові імпульси, які можна охарактеризувати двома часовими параметрами: тривалістю світлового імпульсу та тривалістю проміжку часу між світловими імпульсами (рис. 2.12).

При використанні модульованого освітлення зразка струм, що протікає у колі зразка, ділиться на темновий та фотострум “за частотою”. Справді, якщо для вимірювання спаду напруги на опорі навантаження R використовують підсилювач змінного струму, а джерелом живлення у колі зразка служить батарея постійного струму (рис. 2.9), то темновий струм матиме частоту f = 0, а фотострум буде змінюватися з частотою, яка дорівнює частоті модуляції світла ( , де Т – період модуляції). У цьому випадку вимірювальний прилад не реагуватиме на електричний сигнал з частотою f = 0 і величина виміряного сигналу буде пов’язана лише з величиною фотоструму, тобто струму, зумовленого збудженням нерівноважних носіїв заряду в досліджуваному зразку.

Рис. 2.9. Схема для вимірювання фотопровідності

з використанням модульованого освітлення

- 58 -

Метод модульованого освітлення при вимірюванні _ст має певні практичні переваги. Його можна використовувати при дослідженні зразків із малою фоточутливістю, коли для надійнішого вимірювання величини _ст необхідно підсилювати сигнал, який знімається з опору навантаження R_H. Крім того, він може бути використаний, як показано пізніше (див. п. 2.8), не лише для вимірювання _ст, але й для визначення часу життя  та квантового виходу .