Исследование фотоэлектрических свойств полупроводниковых материалов
Федеральное
агентство по образованию РФ
Санкт-Петербургский
Государственный Электротехнический Университет «ЛЭТИ»
Кафедра
микроэлектроники
Отчет
по лабораторной работе №3
Исследование
фотоэлектрических свойств полупроводниковых материалов
Санкт-Петербург
Введение
Исследование фотоэлектрических 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 которой регулируется
микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство P.
Схема для исследования фотоэлектрических свойств
полупроводников
Это устройство представляет собой призму,
поворачивая которую с помощью барабана, можно освещать ФP
светом определенной длины волны. ны волны. На выходе монохроматора установлены
исследуемые образцы (R)
полупроводника 1 и 2. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового
омметра PR.
В настоящей работе исследование
фотоэлектрических свойств полупроводников проводится на примере материалов,
применяемых в промышленных фоторезисторах. на основе сульфида кадмия (CdS)
и селенида кадмия (CdSe),
обладающие высокой чувствительностью к излучению видимого диапазона спектра
1. Исследование спектральной
зависимости фотопроводимости
Экспериментальные результаты для 1-ого образца
|
Деление
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
|
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
|
|
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
|
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 на свету
gф = gС - 1/RT
, где где RT = 10 Мом -
фотопроводимость полупроводника
γ΄Ф = γФ/Эλ
приведенную фотопроводимость (изменение проводимости полупроводника под
действием единицы энергии падающего излучения)
γ΄Ф/γ΄Фmax
- относительная фотопроводимость, где γ΄Фmax
- максимальное значение приведенной фотопроводимости 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. Спектральная зависимость
фотопроводимости
фотопроводимость
монохроматор кадмий спектральный
Из графика находим длинноволновую 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
. Исследование зависимости
фотопроводимости от интенсивности облучения
Результаты при изменении щели 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
|
1,639
|
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. Световая характеристика
Вывод
Выполнив данную работу на примере
образца 1 (фоторезистор на основе сульфида кадмия CdS), я пришел
к выводу, что при увеличении длины волны растет и сопротивление (а отсюда и
фотопроводимость) полупроводника, но до определенного значения (0,04Мом), после
которого оно снова уменьшается до значения, близкого к первоначальному, так как
возрастает интенсивность оптических переходов и показатель оптического
поглощения и уменьшается глубина проникновения света в полупроводник. При
увеличении уровня облучения растет и фотопроводимость полупроводника, а на
графике видно, что при слабых световых потоках фотопроводимость имеет
относительно линейный характер, но с повышением интенсивности света рост
фотопроводимости замедляется за счет усиления процесса рекомбинации.