Файл: Отчет по лабораторной работе 3 по дисциплине Основы оптоэлектроники.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 65
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
значения концентраций неравновесных носителей заряда зависят от частоты модуляции света:
n0
g0 n, 1 i n
p0
g0 p. 1 i p
(15)
Однако физический смысл изменения концентраций имеют только реальные части выражений (15). Отыскивая их, получим:
n0
g0 n
n
1 2 2
, p0
g0 p . 1 2 2
p
(16)
Выражения (16) показывают, что амплитуды изменений концентраций носителей в зонах зависят от соотношения частоты модуляции светового потока и
времени жизни носителей. Если частота модуляции низкая ( n1,
то изменения концентраций носителей заряда максимальны и равны:
p1),
nНЧ g0 n, pНЧ g0 p. (17)
0
На высокой частоте ( n1,
уменьшаются с ростом частоты:
0
p1) изменения концентраций
0
nВЧ
g0 n,
n
2 2
pВЧ
g0 p.
p
2 2
(18)
0
В большинстве практически важных случаев
n p, поэтому обозначим
n, p n p. Частота 0 , на которой начинается спад амплитуды избыточных
концентраций носителей заряда, определяется выражением (16)
0 n, p1
и называется линейной частотой среза:
(19)
f0
1
n, p
. (20)
На этой частоте амплитуда неравновесной концентрации уменьшается по сравнению с максимальным значением в два раза.
Из выражений (20) следует, что, измеряя экспериментально зависимость амплитуд концентраций неравновесных носителей заряда от частоты модуляции светового потока, по частоте среза можно определить время жизни неравновесных носителей заряда. Тогда на низкой частоте модуляции, зная значения времен жизни неравновесных электронов и дырок n, p, по выражениям (17) можно найти скорость
их генерации, а из неё вычислить квантовую эффективность полупроводника, если
известно значение интенсивности
I0 .
Аналогичным способом можно найти закон изменения величины
фотопроводимости от частоты модуляции светового потока и получить
следующее выражение:
n
q
p g фп,
(21)
фп
1 2 2
где g- скорость генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике за счет
поглощения падающего излучения, а
n p)
фп- время релаксации фотопроводимости (
nn pp
n p
(n p) n p.
(22)
фп nn
n
pp
p
n p
n p
n p pn
Из выражения (21) следует, что фотопроводимость полупроводника на низких частотах модуляции остается постоянной величиной, а на высоких уменьшается пропорционально квадрату частоты модуляции оптического излучения. При этом частота среза фотопроводимости определяется как величина, обратная времени релаксации фотопроводимости:
фп 1
f0
Таким образом, исследуя частотные свойства фотопроводимости, можно по приведенным выражениям вычислить кинетические параметры полупроводника.
Применение квадратичного детектора для детектирования напряжения фотопроводимости на частоте модуляции света ввиду функциональной
особенности детектора изменяет зависимость (21) до вида:
U V
rR0
1 qn p
gфп. (23)
фп1 r
R0 2 0
1 2 2
фп
Частотные характеристики несут информацию о механизмах рекомбиинации носителей заряда в фоторезисторах.
Экспериментальные частотные зависимости часто представляют собой наложение зависимостей с различными частотами среза и различными наклонами высокочастотной ветви. Каждую из частотных зависимостей, составляющих
суммарную зависимость, можно описать зависимостьюследующего вида
U V
rR0
1 qn p
gфп
(24)
фп1 r
R0 2 0
1 n n
фп
Здесь n - коэффициент, определяющий угол наклона высокочастотной ветви, может принимать значение от 0.5 до 3.5 в зависимости от механизма рекомбинации неравновесных носителей заряда. Покажем, как его найти из экспериментальной кривой.
Перепишем для удобства выражение (24) в краткой форме
Uфп
Uфп0
, (25)
Здесь числитель дроби есть величина напряжения фотопроводимости на низкой частоте, условно обозначенной нулем. Выразим из (25) неизвестный параметр n . Тогда получим
lg Uфп
n
Uфп
02
1
lg
фп. (26)
Вычисляя значение параметра nдля каждого участка частотной характеристики, получим информацию о механизмах рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном фоторезисторе и последовательности их взаимного преобразования.
Структура и состав установки. Структура лабораторной установки для исследования фотопроводимости приведена на рис.4.1. Она состоит из электрической и оптической частей.
Рисунок 4.1
Электрическая часть. Эта часть лабораторной установки находится в правой половине рисунка и предназначена для выделения сигнала фотопроводимости, его усиления и регистрации. Электрическая часть установки включает в себя: исследуемый объект – двухполюсник, обозначенный на рисунке как Z; источник напряжения смещения V1, вольтметр напряжения смещения ВТМ-1; малошумящий усилитель МУС; вольтметр для измерения величины фотопроводимости ВТМ-2; осциллограф для наблюдения фотопроводимости ОСЦ.
Особенностью данной лабораторной установки является то, что в ней имеется возможность исследовать свойства различных типов фоторезисторов и
n0
g0 n, 1 i n
p0
g0 p. 1 i p
(15)
Однако физический смысл изменения концентраций имеют только реальные части выражений (15). Отыскивая их, получим:
n0
g0 n
n
1 2 2
, p0
g0 p . 1 2 2
p
(16)
Выражения (16) показывают, что амплитуды изменений концентраций носителей в зонах зависят от соотношения частоты модуляции светового потока и
времени жизни носителей. Если частота модуляции низкая ( n1,
то изменения концентраций носителей заряда максимальны и равны:
p1),
nНЧ g0 n, pНЧ g0 p. (17)
0
На высокой частоте ( n1,
уменьшаются с ростом частоты:
0
p1) изменения концентраций
0
nВЧ
g0 n,
n
2 2
pВЧ
g0 p.
p
2 2
(18)
0
В большинстве практически важных случаев
n p, поэтому обозначим
n, p n p. Частота 0 , на которой начинается спад амплитуды избыточных
концентраций носителей заряда, определяется выражением (16)
0 n, p1
и называется линейной частотой среза:
(19)
f0
1
n, p
. (20)
На этой частоте амплитуда неравновесной концентрации уменьшается по сравнению с максимальным значением в два раза.
Из выражений (20) следует, что, измеряя экспериментально зависимость амплитуд концентраций неравновесных носителей заряда от частоты модуляции светового потока, по частоте среза можно определить время жизни неравновесных носителей заряда. Тогда на низкой частоте модуляции, зная значения времен жизни неравновесных электронов и дырок n, p, по выражениям (17) можно найти скорость
их генерации, а из неё вычислить квантовую эффективность полупроводника, если
известно значение интенсивности
I0 .
Аналогичным способом можно найти закон изменения величины
фотопроводимости от частоты модуляции светового потока и получить
следующее выражение:
n
q
p g фп,
(21)
фп
1 2 2
где g- скорость генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике за счет
поглощения падающего излучения, а
n p)
фп- время релаксации фотопроводимости (
nn pp
n p
(n p) n p.
(22)
фп nn
n
pp
p
n p
n p
n p pn
Из выражения (21) следует, что фотопроводимость полупроводника на низких частотах модуляции остается постоянной величиной, а на высоких уменьшается пропорционально квадрату частоты модуляции оптического излучения. При этом частота среза фотопроводимости определяется как величина, обратная времени релаксации фотопроводимости:
фп 1
f0
Таким образом, исследуя частотные свойства фотопроводимости, можно по приведенным выражениям вычислить кинетические параметры полупроводника.
Применение квадратичного детектора для детектирования напряжения фотопроводимости на частоте модуляции света ввиду функциональной
особенности детектора изменяет зависимость (21) до вида:
U VrR0
1 qn p
gфп. (23)
фп1 r
R0 2 0
1 2 2
фп
Частотные характеристики несут информацию о механизмах рекомбиинации носителей заряда в фоторезисторах.
Экспериментальные частотные зависимости часто представляют собой наложение зависимостей с различными частотами среза и различными наклонами высокочастотной ветви. Каждую из частотных зависимостей, составляющих
суммарную зависимость, можно описать зависимостьюследующего вида
U VrR0
1 qn p
gфп
(24)
фп1 r
R0 2 0
1 n n
фп
Здесь n - коэффициент, определяющий угол наклона высокочастотной ветви, может принимать значение от 0.5 до 3.5 в зависимости от механизма рекомбинации неравновесных носителей заряда. Покажем, как его найти из экспериментальной кривой.
Перепишем для удобства выражение (24) в краткой форме
Uфп
Uфп0
, (25)Здесь числитель дроби есть величина напряжения фотопроводимости на низкой частоте, условно обозначенной нулем. Выразим из (25) неизвестный параметр n . Тогда получим
lg Uфп
n
Uфп
02
1
lg
фп. (26)
Вычисляя значение параметра nдля каждого участка частотной характеристики, получим информацию о механизмах рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном фоторезисторе и последовательности их взаимного преобразования.
-
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
-
Описание лабораторной установки
Структура и состав установки. Структура лабораторной установки для исследования фотопроводимости приведена на рис.4.1. Она состоит из электрической и оптической частей.Рисунок 4.1
Электрическая часть. Эта часть лабораторной установки находится в правой половине рисунка и предназначена для выделения сигнала фотопроводимости, его усиления и регистрации. Электрическая часть установки включает в себя: исследуемый объект – двухполюсник, обозначенный на рисунке как Z; источник напряжения смещения V1, вольтметр напряжения смещения ВТМ-1; малошумящий усилитель МУС; вольтметр для измерения величины фотопроводимости ВТМ-2; осциллограф для наблюдения фотопроводимости ОСЦ.
Особенностью данной лабораторной установки является то, что в ней имеется возможность исследовать свойства различных типов фоторезисторов и