Методика проведения исследования. Измерения производится на монокристаллах полупроводника электронной или дырочной проводимости

 

Измерения производится на монокристаллах полупроводника электронной или дырочной проводимости.

Достаточно длинный образец прямоугольного сечения включается в цепь, изображенную на рис.3.

Рис. 3. Схема установки для определения диффузионной длины и времени жизни неосновных носителей заряда.

 

Поверхность образца освещается узкой полосой света. Свет фокусируется при помощи простой оптической системы в тонкую прямую линию (С) шириной 0,1мм. Световая линия пересекает всю поверхность (верхнюю грань образца) параллельно его торцам. Такая система освещения упрощает решение задачи диффузии неосновных носителей и на определенном расстоянии от освещаемого участка позволяет свести её к вышерассмотренной одномерно задачи. Пучок света модулируется. Частота повторений импульсов задается генератором прямоугольных импульсов. Благодаря значительной длительности импульсов в образце создается стационарное распределение неосновкых носителей, концентрация которых с увеличением расстояния от освещенной полосы уменьшается по экспоненциальному закону рекомбинации.

На некотором расстоянии от освещенной линии поверхности образца касается точечный контакт, называемый коллектором, который представляет собой вольфрамовую проволочку диаметром острия в несколько десятков микрон. Этот контакт является обычным точечным детектором. На него с батареи Е подается смещение. Переключатель 3 дает возможность менять полярность смещения, подаваемого на коллектор.

Сопротивление коллектора в запорном направлении в обычных условиях достигает 100 кОм. Поэтому ток через включенное в цепь коллектора нагрузочное сопротивление определяется в основном сопротивлением коллектора. С нагрузочного сопротивления напряжение подается на осциллограф, регистрирующий таким образом изменение тока коллектора. Поле, создаваемое смещением, на коллекторе в запорном направлении, достигающее в непосредственной близости от коллектора значительной величины, собирает движущиеся в объеме образца неосновные носители, меняя тем самым сопротивление коллектора. В результате этого обратный ток коллектора увеличивается, а падение напряжения на нагрузочном сопротивлении растет. Импульсное освещение образца позволяет отделить часть тока коллектора, обусловленную неосновными носителями от его постоянной составляющей. Поэтому падение напряжения, фиксируемое осциллографом, вызывается непосредственно током дополнительных носителей. Так как величина этого тока, а следовательно, и падение напряжения на нагрузочном сопротивлении , пропорциональны концентрации дополнительных носителей, то диффузионную длину можно определить согласно формуле (11) графически, заменяя величину пропорциональной ей величиной .

Прологарифмировав выражение (11), получим

; или .

 

Измерив величину на различных расстояниях от освещенной линии, можно построить кривую зависимости от . Тангенс угла наклона этой кривой, которая при соблюдении экспоненциальной зависимости от представляет прямую линию, дает величину .

 

Порядок выполнения работы

 

1. Включить осциллограф и генератор прямоугольных импульсов в сеть напряжением 220В.

2. Поместить образец в микроманипулятор, привести коллектор в соприкосновение с поверхностью образца осторожным вращением винта микроманипулятора. Образец перемещается относительно оптической системы с помощью микрометрического винта, находящегося справа от образца. Цена деления шкалы микрометрического винта – 10 микрон. На станине микроманипулятора смонтирован светодиод.

3. Вход осциллографа соединить с гнездами 1 (см. установку), обращая внимание на заземление.

4. К гнездам 2 присоединить батарею в соответствии с помеченной полярностью.

5. С помощью ключа 4, включающего прибор, и переключателя 3,меняюшего знак смещения на коллекторе, установить запорное направление тока через коллектор, обратив внимание на нагрузочное сопротивление, которое в начале работы должно быть полностью введено.

6. Добиться стационарной картины на экране осциллографа с помощью ручек «частота» и «синхронизация».

7. Добиться максимальной величины пиков на экране осциллографа, регулируя и совмещая луч света с коллектором. Это положение образца принимается за нулевое.

8. Удаляя луч от коллектора, снять кривую зависимости величины пика (в произвольных единицах) от расстояния между лучом и коллектором .

9. Построить график зависимости от . Определить по тангенсу угла наклона прямой. Вычислить по формуле , считая, что .

Примечание. При выполнении работы необходимо проявлять особую аккуратность в обращении с коллектором и образцом, не следует дотрагиваться до них руками.

Записи рекомендуется вести по форме:

 

№ п/п	Расстояние между коллектором и лучом x, мм	Амплитуда импульса U, мВ	lnU

 

Следует снять не менее трех кривых и в качестве окончательного результата взять среднее значение из полученных величин и .

 

Вопросы к коллоквиуму

 

1. Способы возбуждения неравновесных носителей заряда.
2. Объяснить примесное и собственное поглощение света в полупроводниках.
3. Записать уравнение полного тока для неравномерных распределенных неравновесных носителей заряда.
4. Дать определение времени жизни неравновесных носителей заряда.
5. Описать релаксацию фотопроводимости.
6. Объяснить излучательную и безизлучателъную рекомбинации.
7. Каким параметром определяется быстродействие фоторезисторов?

 

Библиографический список

 

1. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков/ П.Т.Орешкин - М.: Высшая школа, 1977. - 447 с.
2. Епифанов Н.И., Мома Ю.А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА: Учебное пособие для вузов/ Н.И.Епифанов, Ю.А.Мома - М.: Сов. радио, 1979. - 352с.

 

 

Работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ