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.