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 . 



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

, мкм

Э, 

усл. ед.

RС, МОм

с, мкСм

ф, мкСм

ф', 

усл. ед.

ф'/ф' 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

		ф = С - 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

		ф = С - 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 ПОР = 0,517 мкм;






- энергия активации фотопроводимости	

где h = 4,1410-15 эВс - постоянная Планка, c = 3108 - скорость света, Э - ширина запрещенной зоны.



Э = (4,1410-15 *3108 )/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

С, мкСм

ф, мкСм

d/dmax

lg(d/dmax)

lg(ф)

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.