Федеральное агентствопо образованию РФ
Санкт-ПетербургскийГосударственный Электротехнический Университет «ЛЭТИ»
Кафедра микроэлектроники
Отчет полабораторной работе №3
Исследованиефотоэлектрических свойств полупроводниковых материалов
Санкт-Петербург
2005
Введение
Исследованиефотоэлектрических свойств полупроводников осуществляется с помощью монохроматора,схема которого представлена на рисунке. Световой поток от галогенной лампы E,питаемой от источника G, через щель монохроматора F, ширина которойрегулируется микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство P.
Схема для исследованияфотоэлектрических свойств полупроводников
/>
Это устройствопредставляет собой призму, поворачивая которую с помощью барабана, можноосвещать ФP светом определенной длины волны. ныволны. На выходе монохроматора установлены исследуемые образцы (R) полупроводника 1 и 2. Изменениепроводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.
В настоящей работеисследование фотоэлектрических свойств полупроводников проводится на примерематериалов, применяемых в промышленных фоторезисторах. на основе сульфидакадмия (CdS) и селенида кадмия (CdSe), обладающие высокойчувствительностью к излучению видимого диапазона спектра
1. Исследованиеспектральной зависимости фотопроводимости
Экспериментальныерезультаты для 1-ого образцаДеление по барабану l, мкм
Эl,
усл. ед. RС, МОм gс, мкСм gф, мкСм
gф',
усл. ед. gф'/gф' max, о. е. 500 0,475 0,14 3,950 0,253 0,153 1,094 0,017 600 0,476 0,141 4,000 0,250 0,150 1,064 0,016 700 0,477 0,143 3,900 0,256 0,156 1,094 0,017 800 0,478 0,145 3,600 0,278 0,178 1,226 0,019 900 0,479 0,147 3,450 0,290 0,190 1,292 0,020 1000 0,48 0,15 3,100 0,323 0,223 1,484 0,023 1100 0,481 0,153 2,800 0,357 0,257 1,681 0,026 1200 0,482 0,157 2,600 0,385 0,285 1,813 0,028 1300 0,484 0,163 2,250 0,444 0,344 2,113 0,033 1400 0,487 0,172 2,000 0,500 0,400 2,326 0,036 1500 0,49 0,182 1,680 0,595 0,495 2,721 0,042 1600 0,494 0,195 1,300 0,769 0,669 3,432 0,053 1700 0,499 0,21 0,820 1,220 1,120 5,331 0,082 1800 0,505 0,228 0,260 3,846 3,746 16,430 0,254 1900 0,512 0,248 0,140 7,143 7,043 28,399 0,439 2000 0,52 0,27 0,100 10,000 9,900 36,667 0,567 2100 0,528 0,295 0,075 13,333 13,233 44,859 0,694 2200 0,536 0,323 0,060 16,667 16,567 51,290 0,793 2300 0,545 0,353 0,048 20,833 20,733 58,735 0,908 2400 0,555 0,385 0,040 25,000 24,900 64,675 1,000 2500 0,566 0,42 0,045 22,222 22,122 52,672 0,814 2600 0,579 0,46 0,065 15,385 15,285 33,227 0,514 2700 0,594 0,505 0,095 10,526 10,426 20,646 0,319 2800 0,611 0,56 0,180 5,556 5,456 9,742 0,151 2900 0,629 0,63 0,472 2,119 2,019 3,204 0,050 3000 0,649 0,71 1,490 0,671 0,571 0,804 0,012 3100 0,672 0,83 2,450 0,408 0,308 0,371 0,006 3200 0,697 0,99 2,700 0,370 0,270 0,273 0,004 3300 0,725 1,17 2,900 0,345 0,245 0,209 0,003 3400 0,758 1,37 2,050 0,488 0,388 0,283 0,004 3500 0,8 1,6 3,100 0,323 0,223 0,139 0,002
γС = 1/ RС — проводимость полупроводника насвету
gф = gС — 1/RT, где где RT =10 Мом — фотопроводимость полупроводника
γ΄Ф =γФ/Эλ приведенную фотопроводимость (изменение проводимостиполупроводника под действием единицы энергии падающего излучения)
γ΄Ф/γ΄Фmax — относительная фотопроводимость, гдеγ΄Фmax — максимальное значение приведеннойфотопроводимости для исследованного образца.
Примеры расчетов:
γС = 1/ RС = 1/3,950 = 0,253
gф = gС — 1/RT = 0,253 – 1/10 = 0,153
γ΄Ф =γФ/Эλ = 0,153/0,14 = 1,094
γ΄Ф/γ΄Фmax = 1,094/ 64,675 = 0,017
График 1. Спектральнаязависимость фотопроводимости
/>
фотопроводимостьмонохроматор кадмий спектральный
Из графика находимдлинноволновую границц lПОР = 0,517 мкм;
/>
— энергия активации фотопроводимости
где h = 4,14×10-15 эВ×с — постоянная Планка, c = 3×108 — скорость света, DЭ — ширина запрещенной зоны.
DЭ = (4,14×10-15 *3×108 )/0,517*10-6 = 2,402 эВ
2. Исследованиезависимости фотопроводимости от интенсивности облучения
Результаты при изменениищели монохроматора для 1-ого образца:d, мм RС, МОм gС, мкСм gф, мкСм d/dmax lg(d/dmax) lg(gф) 0,01 0,83 1,205 1,105 0,0025 -2,602 0,043 0,02 0,82 1,220 1,120 0,005 -2,301 0,049 0,03 0,8 1,250 1,150 0,0075 -2,125 0,061 0,05 0,797 1,255 1,155 0,0125 -1,903 0,062 0,1 0,79 1,266 1,166 0,025 -1,602 0,067 0,2 0,75 1,333 1,233 0,05 -1,301 0,091 0,3 0,72 1,389 1,289 0,075 -1,125 0,110 0,5 0,65 1,538 1,438 0,125 -0,903 0,158 1 0,575 1,739 1,639 0,25 -0,602 0,215 2 0,575 1,739 1,639 0,5 -0,301 0,215 4 0,575 1,739 1,639 1 0,000 0,215
График 2. Световаяхарактеристика
/>
Вывод
Выполнив данную работу напримере образца 1 (фоторезистор на основе сульфида кадмия CdS), я пришел к выводу, что приувеличении длины волны растет и сопротивление (а отсюда и фотопроводимость) полупроводника,но до определенного значения (0,04Мом), после которого оно снова уменьшается дозначения, близкого к первоначальному, так как возрастает интенсивностьоптических переходов и показатель оптического поглощения и уменьшается глубинапроникновения света в полупроводник. При увеличении уровня облучения растет ифотопроводимость полупроводника, а на графике видно, что при слабых световыхпотоках фотопроводимость имеет относительно линейный характер, но с повышениеминтенсивности света рост фотопроводимости замедляется за счет усиления процессарекомбинации.