МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Микро- и наноэлектроники


отчет

по лабораторной работе №3

по дисциплине «МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Студент гр. 1205		Тарасов Д.
Преподаватель		Бройко А.П.

Санкт-Петербург

2022
Цели работы: исследование спектральных зависимостей фотопроводимости полупроводников СdS и СdSе и зависимостей фотопроводимости от уровня оптического облучения.

Теория

Фотоэлектрические свойства полупроводника описывают изменение электрических характеристик материала при воздействии электромагнитного излучения оптического диапазона. Возникающие при этом процессы называют фотоэлектрическими эффектами (фотоэффектами). В однородных полупроводниках наиболее важным является фоторезистивный эффект (ФРЭ), который состоит в уменьшении сопротивления полупроводника под воздействием света. Для возникновения ФРЭ полупроводник необходимо облучать потоком фотонов с энергиями, достаточными для ионизации собственных или примесных атомов. При этом происходит увеличение концентрации свободных носителей заряда и возрастает удельная проводимость полупроводника. Добавочную проводимость, возникающую при фотоактивном поглощении, называют фотопроводимостью γф. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету γ_с и в темноте γ_т:



Различают собственную и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость обусловлена оптическими переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Примесная фотопроводимость связана с оптическими переходами электронов с примесных уровней в зону проводимости или же с захватом электронов валентной зоны на примесные уровни (образованием дырок в валентной зоне).

---

Важнейшим свойством ФРЭ является зависимость фотопроводимости от энергии (длины волны) падающего фотона, описываемой спектральной характеристикой. Для возбуждения собственной фотопроводимости энергия фотонов должна превышать пороговое значение, определяемое шириной запрещенной зоны полупроводника:



где h = 4,1410^–15 эВс – постоянная Планка; c = 310⁸ м/с – скорость света; Э – ширина запрещенной зоны.
Пороговое значение длины волны λ_пор, соответствующее Э, называют красной границей фотоэффекта. При уменьшении длины волны излучения от λ_пор интенсивность оптических переходов возрастает, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости.
С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых λ) существенно возрастает коэффициент оптического поглощения, что сопровождается уменьшением глубины проникновения света в полупроводник.
При этом неравновесные носители заряда, возбуждаемые в тонком поверхностном слое, быстро рекомбинируют через уровни поверхностных дефектов. Это приводит к спаду фотопроводимости после некоторого максимума на спектральной характеристике ФРЭ.
Важное значение имеет фоточувствительность материалов. При фотооблучении возникают неравновесные носители заряда, которые при снятии облучения исчезают вследствие рекомбинации.
Основной принцип повышения фоточувствительности материала заключается в увеличении времени жизни неравновесных носителей заряда.
Для этого в материал вводятся примеси, создающие в запрещенной зоне уровни, называемые «ловушками захвата». В отличие от рекомбинационных уровней, на них могут захватываться носители заряда только одного знака, а вероятность захвата носителей другого знака крайне мала.
Вследствие этого время жизни носителей другого знака значительно увеличивается и, соответственно, возрастает их концентрация, что обуславливает высокую фотопроводимость (фоточувствительность).
Зависимость фотопроводимости от интенсивности облучения называется световой характеристикой. При увеличении уровня облучения полупроводника возрастает интенсивность оптических переходов и, следовательно, растет фотопроводимость.

---

В области слабых световых потоков характеристика обычно имеет линейный характер. Однако с повышением интенсивности света линейность нарушается, что объясняется усилением роли процесса рекомбинации вследствие того, что часть ловушек захвата начнет превращаться в рекомбинационные центры. Это служит причиной замедления роста фотопроводимости.

Установка


В настоящей работе на установке, схема которой представлена на рис. 3.1, 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. 3.1). Световой поток от лампы E, питаемой от источника G, через входную щель монохроматора F1, ширина которой регулируется микрометрическим винтом, поступает на диспергирующее устройство .
На выходе монохроматора (щель F₂) установлены исследуемые образцы R полупроводниковых материалов. Изменение проводимости фиксируется с помощью цифрового омметра PR.

Обработка результатов

Первый образец (CdS) Второй образец Таблица 1

Второй образец

Таблица 2 (CdSe)

Все вычисления будут проведены для первого измерения, первого образца, остальные аналогично.

1. 
   Проводимость полупроводника на свету
   

γ_с = 1/R_с = 1/(3.33*10⁶) = 0.3003 мкСм

2. 
   Фотопроводимость _ф , используя значения темновых сопротивлений
   

R_темн = 16.060 МОм

γ_т = 1/R_т = 1/(16.06*10⁶) = 0,062266501 мкСм

_ф = γ_с - γ_т = 0.3003 - 0,0623 = 0.238 мкСм

3. 
   Приведенная фотопроводимость
   

^’_ф = _ф / Э_λ = 0.238/0.141 = 1,688

Э_λ - значение из таблицы.

4. 
   Спектральная зависимость фотопроводимости
   

---

5. 
   По спектральной зависимости определить красную границу. По полученному значению красной границы вычислить энергию активации фотопроводимости.
   

Из графика видно, что красная граница для первого образца в λ_пор= 558 нм, а для второго λ_пор = 590 нм

∆Э₁ = =2,23 эВ
∆Э₂ = 2,11 эВ

6. 
   Вычислим проводимость и фотопроводимость полупроводников для каждого значения щели. Результаты вычислений занесем в таблицы.
   

Таблица3Расчетlg(d/d_max)иlg дляСdS

d, мм	Rс, Мом	γc, мкСм	γт, мкСм	γф, мкСм	d/dmax, о.е.	lg d/dmax	lg(γф)
0,01	15,7	0,063694	0,062267	0,001428	0,0025	-2,60E+00	-2,84534
0,02	7,231	0,138293	0,062267	0,076027	0,005	-2,30E+00	-1,11903
0,03	2,65	0,377358	0,062267	0,315092	0,0075	-2,12E+00	-0,50156
0,05	1,33	0,75188	0,062267	0,689613	0,0125	-1,90E+00	-0,16139
0,1	0,612	1,633987	0,062267	1,57172	0,025	-1,60E+00	0,196375
0,2	0,282	3,546099	0,062267	3,483833	0,05	-1,30E+00	0,542057
0,3	0,181	5,524862	0,062267	5,462595	0,075	-1,12E+00	0,737399
0,5	0,117	8,547009	0,062267	8,484742	0,125	-9,03E-01	0,928639
1	6,20E-02	16,12903	0,062267	16,06677	0,25	-6,02E-01	1,205928
2	3,70E-02	27,02703	0,062267	26,96476	0,5	-3,01E-01	1,430797
4	3,40E-02	29,41176	0,062267	29,3495	1	0,00E+00	1,467601

---

Пример расчета:

1. 
   γc₁=1/R₁=1/15,7*10^6 = 0,063694 мкСм
   
2. 
   γт₁=1/R_темн1=1/16,060*10^6 = 0,062267 мкСм
   
3. 
   γф₁= γc1 - γт₁=0,063694 - 0,062267 = 0,001428 мкСм
   
4. 
   d/d_max=0,01/4=0,0025
   
5. 
   lg(d/d_max)=lg(0,0025)= 2,60E+00
   

6. 
   lg(γф₁) = lg(0,001428)= -2,84534
   

Таблица4.Расчетlg(d/d_max)иlg дляСdSe

d, мм	Rс, Мом	γc, мкСм	γт, мкСм	γф, мкСм	d/dmax, о.е.	lg d/dmax	lg(γф)
0,01	15,95	0,062696	0,06388	0,000429	0,0025	-2,60E+00	-3,36711
0,02	5,21	0,191939	0,06388	0,128057	0,005	-2,30E+00	-0,8926
0,03	0,599	1,669449	0,06388	1,605568	0,0075	-2,12E+00	0,205629
0,05	0,151	6,622517	0,06388	6,558635	0,0125	-1,90E+00	0,816813
0,1	0,048	20,83333	0,06388	20,76945	0,025	-1,60E+00	1,317425
0,2	0,021	47,61905	0,06388	47,55517	0,05	-1,30E+00	1,677198
0,3	0,015	66,66667	0,06388	66,60279	0,075	-1,12E+00	1,823492
0,5	0,1	10	0,06388	9,936119	0,125	-9,03E-01	0,997217
1	6,00E-03	166,6667	0,06388	166,6028	0,25	-6,02E-01	2,221682
2	4,00E-03	250	0,06388	249,9361	0,5	-3,01E-01	2,397829
4	4,00E-03	250	0,06388	249,9361	1	0,00E+00	2,397829

---

Смотрите также файлы

• национальные особенности речевого этикета Презентацию Студентка 1 курса Группа 21юдо 3.ppt

• Сочинение на тему Здоровый Образ Жизни.docx

• Генеральный директор ооо Альтернатива.doc

• Урока по теме Атмосферное давление и его влияние на человека.pptx

• Бл мж ust kz сайтында жасалынан. стаз тілегі ылымидістемелік орталыыны сайтыныны мж блімінде кезкелген пн, кезкелген сынып бойынша мжны дидактикалы материалымен бірге жктеп ала аласыз. Ол шін сілтеме арылы тііз.docx