Файл: 1. исследование электрических свойств проводниковых материалов.doc

Контроль выхода термостата в установившийся режим производить по показаниям омметра. Результаты измерений оформить в виде табл. 1.1.
2.4. Обработка результатов
1. Рассчитать удельное сопротивление материалов по формуле: , где R - сопротивление образца; S - площадь поперечного сечения; l - длина образца.

Таблица 2.2

Исследуемый материал	T, К	T-1, К-1	R, Ом	, Омм	, См/м	ln 

Вычислить удельную проводимость как . Результаты занести в табл. 1.2.

2. По данным табл. 2.2 построить температурную зависимость удельной проводимости, откладывая по оси абсцисс T^-1, а по оси ординат - значения проводимости в логарифмическом масштабе. Графики для всех исследованных материалов привести на одном рисунке.

3. По данным табл. 2.2 рассчитать концентрацию доноров в кремнии и германии при комнатной температуре. В предположении, что все доноры ионизированы, и собственная электропроводность еще не наступила, , где e=1,610^-19Кл - заряд электрона; _n – подвижность электронов.

Результаты записать в табл. 2.3.
Таблица 2.3

Материал	, Омм	, См/м	n, м2/(Вс)	ND, м-3

---

4. Пользуясь графиком определить ширину запрещенной зоны полупроводника, обладающего собственной электропроводностью. Ширина запрещенной зоны полупроводника (экстраполированная к ОК) вычисляется по формуле:

,
где k = 8,5610^-5 эВ/К; n_i(Т₁) и n_i(Т₂) - собственные концентрации носителей заряда при двух значениях температуры Т₁, Т₂ в области собственной электропроводности. Собственная концентрация носителей заряда находится из выражения:

,

где _p - подвижность дырок в данном полупроводнике.

5. Пользуясь графиком определить энергию ионизации примесей для полупроводника, обладающего примесной электропроводностью в исследованном интервале температур. Энергия ионизации примесей вычисляется по формуле:
,
где Т₁ и Т₂ - температуры в области примесной электропроводности; n(Т₁) и n(Т₂) - соответствующие им концентрации носителей заряда.
2.5. Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятий: удельное сопротивление, удельная проводимость, подвижность носителей заряда. В каких единицах измеряются эти величины в системе СИ?

2. Объясните, с чем связана сложная температурная зависимость удельной проводимости полупроводников.

3. Каким образом примеси влияют на удельную проводимость полупроводников.

4. Каким образом влияет на свойства полупроводника величина ширины запрещенной зоны материала?

5. Укажите основные области применения исследованных полупроводников.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1.Основные понятия и определения
Фотоэлектрические эффекты (фотоэффекты) связаны с изменением электрических свойств. Полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. В однородных полупроводниках наиболее важным является фоторезистивный эффект. Он заключается в уменьшении сопротивления полупроводника под действием света. Сущность фоторезистивного эффекта сводится к тому, что при поглощении фотонов с энергией, достаточной для ионизации собственных атомов полупроводника или ионизации примесей, происходит увеличение концентрации носителей заряда. В результате увеличения концентрации носителей возрастает удельная проводимость полупроводника. Добавочную проводимость, возникающую при фотоактивном поглощении, называют фотопроводимостью. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте:

---

(3.1)

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 состояния. Для возбуждения собственной фотопроводимости энергия фотонов должна превышать некоторое пороговое значение, определяемое шириной запрещенной зоны полупроводника:

(3.2)

где h = 4,1410^-15 эВс- постоянная Планка, c = 310⁸ - скорость света, Э - ширина запрещенной зоны.

На спектральной зависимости собственной фотопроводимости имеется максимум, проявляющийся в сравнительно узком спектральном диапазоне вблизи длинноволнового края собственного поглощения. При уменьшении длины волны излучения от возрастает интенсивность оптических переходов, что приводит к увеличению концентрации неравновесных носителей заряда и соответствующему росту фотопроводимости. С другой стороны, при больших энергиях фотонов (малых λ) существенно возрастает показатель 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 ловушек и дефектов. Это приводит к коротковолновому спаду на спектральной характеристике фотопроводимости.

Световая характеристика представляет собой зависимость фотопроводимости от интенсивности облучения. 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, рост фотопроводимости замедляется. Отклонение от линейной зависимости при высоких уровнях возбуждения объясняется усиливающейся ролью процесса рекомбинации вследствие превращения части ловушек захвата в рекомбинационные центры.

---

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
3.2. Описание установки
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.

3 3. Проведение испытаний

3.3.1. Исследование спектральной зависимости фотопроводимости
Включить цифровой омметр PR и дать ему прогреться в течение 10 мин. Открыть полностью щель F, для чего микрометрическим винтом на входе монохроматора установить ширину щели, равную 4 мм. Установить барабан на нуль. Включить лампу Е. Изменяя положение диспергирующего устройства П поворотом барабана от 500 до 3500 делений, измерять установившееся значение сопротивления полупроводника на свету R_с через каждые 100 делений барабана. По градуировочной таблице (см. приложение) определять длины волн падающего света , соответствующие делениям барабана монохроматора, и соответствующие им энергии излучения Э_λ. Результаты записать в табл.3.1.

---

Таблица 3.1

Деление барабана	, мкм	Эλ, усл.ед	RC, МОм	γС, мкСм	γФ, мкСм	γ΄Ф, усл.ед	γ΄Ф / γ΄Фmax, о.е

Отметить положение барабана, соответствующее минимальному сопротивлению полупроводника.
3.3.2. Исследование зависимости фотопроводимости от интенсивности облучения
Установить барабан монохроматора в положение, соответствующее минимальному значению сопротивления полупроводника. Микрометрический винт, регулирующий ширину щели монохроматора, поставить на нуль. Изменяя положение микрометрического винта от нуля до 4 мм, измерять установившиеся значения сопротивлений R при следующих значениях ширины щели d: 0.01; 0.02; 0.03; 0.05; 0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 1.0; 2.0; 4.0 мм. Результаты записать в табл.3.2.

Таблица 3.2

d, мм	RС, МОм	γС, мкСм	γФ, мкСм	d/dmax, о.е

---