Лабораторная работа: 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

2005


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
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 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

 

2. 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 1,739 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. 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.

Фотоприемники на основе твердого раствора кадмий-ртуть-телур (КРТ)
Введение В настоящее время тем, кто более-менее знаком с полупроводниковыми технологиями, сочетание букв КРТ - не пустой звук, а довольно обширная ...
Из условия hѭ = hc/ѭ можно определить красную границу фотопроводимости - максимальную длину волны, при которой еще фотопроводимость возбуждается:
Так как темновая проводимость , то фотопроводимость полупроводника, обусловленная непосредственным действием излучения, есть		 Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа
Химия, элементы таблицы Менделеева
Седьмая группа периодической системы Из членов данной группы водород был рассмотрен ранее. Непосредственно следующие за ним элементы - F, Сl, Br и I ...
Для возможности его работы важно, чтобы число электронов в зоне проводимости полупроводника n-типа и число дырок в валентной зоне полупроводника р-типа было достаточно велико ...
Как он сам, так и его смеси с другими веществами (например, органическими полимерами) обладают фотопроводимостью: при облучении их даже видимым светом электрическое сопротивление ... 		Раздел: Рефераты по химии
Тип: реферат
Солнечная энергетика
Министерство образования Российской Федерации Орский Гуманитарно-технологический институт (филиал) государственного образовательного учреждения ...
... полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость , обусловленная явлениями внутреннего фотоэффекта в ...
По мнению специалистов, наиболее привлекательной идеей относительно преобразования солнечной энергии является использование фотоэлектрического эффекта в полупроводниках.		 Раздел: Рефераты по физике
Тип: реферат
Кинетика химических и электрохимических процессов
Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение ...
8. Удельная электрическая проводимость с = 5%-го раствора нитрата магния при 18 оС равна 4,38 Ом-1.м-1, а его плотность - 1,038 г.см-3. Рассчитайте эквивалентную электрическую ...
где ѭ - потенциал амальгамного электрода при активности кадмия в амальгаме, а[Cd] = 1;		 Раздел: Рефераты по химии
Тип: учебное пособие
Радиационное излучение и его проявление в Сверловской области и городе ...
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области Управление образование Орджоникидзевского района г. Екатеринбурга ...
Фотоэффект или фотоэлектрическое поглощение ѭ-излучения,- это процесс, при котором атом поглощает ѭ-кваит и испускает электрон.
Большинство дефектов, созданных электронными или ѭ-облучениями, при отжиге рекомбинирует, после чего полупроводник почти восстанавливает свои первоначальные свойства.		 Раздел: Рефераты по физике
Тип: дипломная работа