В ряде образцов CdS спектры фотопроводимости измерялись на экспериментальной установке с компьютерным управлением, собранной на основе монохроматора MDR-12, в котором персональный компьютер был сопряжен с измерительными приборами и исполнительными механизмами спектральной установки с использованием микроконтроллера AVR. На рис. 9 приведены спектры фотопроводимости образца кристалла CdS в окрестности края поглощения при нарастающих значениях тянущего напряжения U. Как видно из рисунка, при значениях U порядка нескольких десятков вольт спектр фотопроводимости характеризуется кривой с размытым основным максимумом в коротковолновой области спектра в интервале длин волн 495 – 500 нм (кривая 1). Увеличение тянущего напряжения приводит к спектрально-неоднородным изменениям фоточувствительности полупроводника: с ростом тянущего напряжения фоточувствительность в коротковолновой (собственной) области спектра возростает линейно, а в длинноволновой («примесной») области ДМ – сверхлинейно. В результате при значениях U порядка 10² В в спектре фотопроводимости возникает четко выраженный максимум ДМ₁, интенсивность которого при дальнейшем увеличении U возрастает настолько, что он становится доминирующим в спектре (кривые 2, 3). Из кривых 2 и 3 рисунка видно также, что спектральное положение индуцируемого полем максимума ДМ зависит от величины U: с ростом последнего максимум смещается в длинноволновую сторону.

Среди исследованных нами кристаллов CdS имелись образцы, в спектрах ФП которых наряду с основным максимумом и максимумом ДМ₁ можно было наблюдать максимум ДМ₂ (рис. 10, кривые 1, 2). Спектры фотопроводимости таких образцов также обнаруживают характерные изменения с ростом тянущего напряжения. Как видно из рис.10, эти изменения заключаются в следующем.

С увеличением U основной максимум возрастает линейно, а дополнительные максимумы ДМ₁ и ДМ₂ – сверхлинейно, при этом коротковолновый максимум ДМ₁ смещается в длинноволновую сторону, а длинноволновый максимум ДМ₂ – в коротковолновую сторону. В результате при некотором достаточно большом значении U эти максимумы сливаются в один широкий доминирующий спектрально не разрешенный максимум, обозначенный нами ДМ_1,2 (рис. 10, кривая 3, см. также рис. 9).

Таким образом, во всех исследованных нами образцах CdS спектральное распределение фотопроводимости в области края поглощения в значительной мере определяется величиной приложенного к полупроводнику тянущего напряжения электрического поля. При достаточно больших его значениях спектр краевой фотопроводимости полупроводника приобретает характерный вид кривой с доминирующим в спектре «примесным» максимумом ДМ

---

₁ (рис.9, кривая 3) или ДМ_1,2, наблюдаемым в спектральном интервале между максимумами ДМ₁ и ДМ₂ (рис. 10, кривая 3).


Постановка задачи.
Как следует из обзорной части работы, влияние тянущего электрического поля на формирование спектров краевой фотопроводимости достаточно хорошо изучено в кристаллах CdS. В кристаллах CdSe, которые являются кристаллографическими аналогами кристаллов CdS, это явление практически не изучено.

В связи с этим, в работе ставится задача экспериментального исследования спектров краевой фотопроводимости кристаллов CdSe при комнатной температуре в зависимости от тянущего напряжения.

Глава 2. Техника и методика эксперимента

2.1. Установка для измерения спектров фотопроводимости.

В качестве источника тянущего поля использовался источник питания постоянного тока типа Б5-50 с регулируемым выходным напряжением в диапазоне 0 – 300 В.

Спектры фотопроводимости регистрировались в режиме непрерывного фотовозбуждения в геометрии , ( - электрический, – волновой вектор световой волны). Фотовозбуждение полупроводника осуществлялось излучением, выделяемым монохроматором МДР-3 из сплошного спектра лампы накаливания типа СИ-10-300у с ленточным телом накала. Спектральная ширина щели монохроматора во всех опытах не превышала 8 Å. Скорость сканирования длины волны возбуждающего света составляла 8 нм/мин.

Усиление фототока осуществлялось с помощью электрометрического усилителя В7-30 или У5-9, а регистрация его спектрального распределения – с помощью самопишущего потенциометра КСП-4, подключенного через делитель к выходу электрометрического усилителя.
2.2. Образцы. Методика эксперимента.

Образцы для исследования представляли собой тонкие (толщиной от 10 до 200 мкм) монокристаллические пластинки, выращенные из газовой фазы, с гексагональной осью в плоскости поверхности образца. Размеры пластинок в направлении оси

---

не превышали 5 мм, а в направлении, перпендикулярном ей, - 2 мм. Включение образца в измерительную цепь осуществлялось с помощью держателя образца оригинальной конструкции, позволявшей легко осуществлять замену образца и получать к нему надежные малошумящие токоподводящие контакты из индий-галлиевой пасты.

Образец был установлен в держателе так, чтобы поле притяжения прикладывалось вдоль его оси. Спектры краевой фотопроводимости кристаллов CdSe при комнатной температуре (T = 300 K) измерялись в диапазоне 640–760 нм, поскольку край поглощения исследуемого кристалла находится в указанной спектральной области. При измерении фотопроводимости спектры регистрировались при перемещении на коротковолновую и длинноволновую стороны.

П
ри возбуждении фотопроводимости зондирующий луч света падал на кристалл, не освещая контакты.

Рис. 11. Блок – схема экспериментальной установки для измерения спектров фотопроводимости

1 – источник питания; 2 – светоизмерительная лампа накаливания ленточного типа (СИ10 – 300У); 3 - объективы; 4 – светофильтр (ос – 14); 5 – монохроматор МДР – 3; 6 – поляризатор; 7 – исследуемый образец CdSе; 8 – источник питания типа Б5 – 50; 9 – электрометрический усилитель типа У5 - 9; 10 – самопишущий потенциометр КСП – 4;


Глава 3.

3.1. Экспериментальные результаты



Рис 12. Спектры краевой фотопроводимости кристалла CdSe, измеренные при различных значениях тянущего напряжения U при T=300K.

ДМ₁ – дополнительный максимум фототока, связанный с «примесным» состояниями полупроводника.


В ходе проведенных экспериментов нами были исследованы кристаллы CdSe на предмет зависимости близкраевой примесной фотопроводимости этих образцов от напряженности электрического поля.

Согласно [13], спектры близкраевой фотопроводимости, в ряде случаев, могут содержать в своей структуре два дополнительных максимума фототока, которые в литературе обозначаются как ДМ₁ и ДМ₂. В спектрах фотопроводимости кристаллов CdSe дополнительный максимум фототока ДМ₂ расположен в спектральной области около λ = 750 нм и в спектрах проявляется достаточно слабо. Поэтому на экспериментальных спектрах, представленных в данной работе, этот максимум не обозначен.

---

На рис 12. показаны спектры краевой фотопроводимости кристалла CdSe, измеренные при различных напряжениях, приложенных к кристаллу. Как видно из всех имеющихся спектров в области λ = 718 нм проявляется максимум фототока, доминирующий по величине над фототоком из области собственного поглощения. Напряжения U при которых измерялись спектры показаны на рис 12. Они изменились в интервале напряжений от 35В (кривая 1) до 990В (кривая 7). С ростом тянущего напряжения в спектрах проявляется сверхлинейное возрастание фоточувствительности полупроводника в краевой области спектра. Кроме этого можно наблюдать слабое длинноволновое смещение дополнительного максимума ДМ₁ в зависимости от величины тянущего электрического поля. Также при высоких значениях тянущих полей на длинноволновом краю максимума ДМ₁ начинает проявляется слабовыраженное длинноволновое «плечо», которое и является дополнительным максимумом ДМ₂.


Ршпшрш

Рис 13. График зависимости площади под спектральной кривой фототока от напряженности электрического поля.

Для подтверждения сверхлинейного роста фоточувствительности в краевой области спектра от напряженности электрического поля был построен график зависимости площади под спектром фототока от напряженности электрического поля. Данная зависимость представлена на рис 13.

Из этого графика видно, что характеристика имеет вид, сходный с параболой. Такой вид кривой свидетельствует о сверхлинейном росте фоточувствительности полупроводника от напряженности электрического поля.






Рис 14. График зависимости фототока, измеренного на длине волны λ, от напряженности электрического поля.

На рис 14. приведен график зависимости фототока, измеренного на определенных длинах волны λ, от напряженности электрического поля. При этом, длины волн λ подбирались так, чтобы они соответствовали областям собственного и «примесного» близкраевого поглощения.

Например, волна с длиной λ = 680 нм соответствует энергии фотонов, которые приходятся на область, находящейся в глубине края поглощения кристалла CdSe. Фотоны с длиной волны λ = 718 нм, как показано на рис 13., приходятся на область «примесного» дополнительного максимума фототока ДМ₁. Как видно, на графике обе зависимости демонстрирует форму, сходную с параболой, но имеют различные наклоны. Это свидетельствует о сверхлинейной зависимости фототока от напряженности электрического поля обеих областей, но с различными скоростями.

---

Можно заметить, что при напряженностях электрических полей, превышающих 1500 В/см, зависимость приобретает почти линейный вид с различным наклоном для обоих областей поглощения.

3.2. Обсуждение результатов
Как следует из изложенного выше, влияние тянущего поля на спектральное распределение краевой фотопроводимости в исследованных образцах CdSe проявляется в сверхлинейном росте и в незначительном длинноволновом спектральном смещении с увеличением U дополнительного максимума фототока ДМ₁. Этот эффект хорошо объясняется, если принять, что максимум ДМ₁ формируется фототермическими переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости через мелкие донорные уровни (см. рис. 15).

Согласно поведению носителей заряда в электрическом поле с ростом тянущего напряжения вероятность термической ионизации мелких центров возрастает за счет эффекта Пула-Френкеля . Это приводит к росту скорости фототермической генерации свободных электронов через уровни этих центров и, соответственно, к сверхлинейному росту максимума ДМ₁ с ростом напряжения. Кроме этого, уровни мелких донорных состояний, вследствие межцентрового взаимодействия, образуют «примесную» зону. Плотность состояний такой зоны, описывается функцией с максимумом вблизи энергии уровня невозмущенного (изолированного) центра . Отсюда следует, что рост с U скорости фототермической генерации свободных электронов через уровни донорных центров, лежащие выше невозмущенного уровня, будет носить спектрально-неоднородный характер с существенным преобладанием эффекта на уровнях с большей глубиной залегания.

Таким образом, причиной длинноволнового сдвига максимума ДМ₁ с ростом U является эффект Пула-Френкеля на мелких донорных центрах с пониженной энергией ионизации по сравнению с изолированным центром.

Н
еобходимо отметить, что достаточно высокая фоточувствительность спектрального максимума фототока ДМ₁, сравнимая с фоточувствительностью в собственной области спектра, а зачастую превышающая ее, объясняется исключительно большими временами жизни неравновесных электронов, генерируемых через уровни мелких центров. Такие времена обеспечиваются наличием в кристаллах CdS так называемых r-центров фоточувствительности – глубоких компенсированных акцепторов (предположительно, двукратно отрицательно заряженных вакансий кадмия), и играющих тем самым роль центров медленной рекомбинации . Эти центры могут образовывать комплексы с мелкими центрами, что может способствовать эффективному захвату ими дырок, возникающих при фототермических межзонных переходах с участием мелких центров.

---

Смотрите также файлы

• Для металлической пластинки длиной (перевести в метры перед расчетом), и толщиной (перевести в метры перед расчетом).docx

• Некоторые представления квантовой механики.docx

• Erp системы erpсистемы. Этапы развития erp систем. Основные подсистемы erp. Эффект от внедрения erp систем.ppt

• Негосударственное образовательное частное учреждение высшего образования московский финансовопромышленный университет синергия Факультет Индустрии спорта Направлениеспециальность подготовки.docx

• Реферат по культуре речи Тема Речевой этикет Содержание Введение Понятие и назначение речевого этикета.docx