Метод оценки скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда в кристаллах типа cds по тонкой (экситонной) структуре спектров фотопроводимости

Использование: для оценки скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда полупроводников. Сущность изобретения заключается в том, что метод оценки скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда в полупроводниках типа CdS, основанный на зависимости структуры спектра фотопроводимости от величины и знака напряженности электрического поля на поверхности полупроводника, отличается тем, что скорость поверхностной рекомбинации полупроводника определяется по форме спектральной кривой фототока в области экситонных резонансов. Технический результат: обеспечение возможности простого в реализации, свободного от ограничений, налагаемых на характеристики полупроводника, метода определения S. 1 ил.

 

Изобретение относится к спектроскопическим методам определения рекомбинационной характеристики полупроводниковых материалов типа CdS и может быть использовано для оценки в них скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда, которая является важнейшей характеристикой этих полупроводников, определяющей их фоточувствительность и, следовательно, возможность их использования в твердотельной оптоэлектронике в качестве фотоприемников резисторных оптопар

Существуют различные экспериментальные измерения скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей в полупроводниках (см., например, Г.П. Пека. Физика поверхности полупроводников. Киев, Изд-во Киевск. ун-та, 1967, 191 с.; Л.П. Павлов. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов. М., Высшая школа, 1975, 207 с.) К ним относятся метод, основанный на измерении эффективного времени жизни импульсными методами, методы, основанные на измерениях магнитоконцентрационного и фотомагнитного эффектов, а также методы, основанные на измерениях спектральной зависимости фотопроводимости и стационарной фотопроводимости. Данные методы определения требуют использования сильных магнитных полей и сложной электронной аппаратуры, также указанные методы являются не очень точными, что является недостатком данных методов.

Существующие методы экспериментального определения скорости поверхностной рекомбинации S в большинстве своем не обладают достаточной простотой, либо требуют наличия сложной электронной техники, специальной подготовки образцов, а также выполнения ряда условий, налагаемых на характеристики полупроводника.

Так, например, метод определения S из измерения спектральной зависимости фотопроводимости, наиболее близкий предлагаемому нами, основывается на линейной зависимости фототока Iф от где α - коэффициент поглощения света (Г.П. Пека. Физика поверхности полупроводников. Киев, Изд-во Киевск. ун-та, 1967, 191 с.) Такая зависимость Iф от получается при условии отсутствия зависимости от длины волны коэффициента отражения света и квантового выхода фототока, что выполняется далеко не всегда и не при всех способах обработки поверхности полупроводника. При нарушении этого условия функция Iф(λ) становится нелинейной и возможность ее использования для определения исключается, что является недостатком данного метода.

Задача, на решение которой направлено изобретение - разработка нового, простого в реализации, свободного от ограничений, налагаемых на характеристики полупроводника, метода определения S.

Предлагаемый метод определения S основывается на измерениях спектров фотопроводимости в области экситонных резонансов при температуре Т=77 К в зависимости от поперечного электрического поля - внешнего электрического поля, приложенного к поверхности полупроводника по методу эффекта поля (о методе эффекта поля см., например, А.В. Ржанов. Электронные процессы на поверхности полупроводников. М., Наука, 1971, 480 с.). В этих измерениях используется конденсатор эффекта поля для исследований влияния поперечного электрического поля на оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников (А.С. Батырев, Н.К. Шивидов. Конденсатор эффекта поля. Патент РФ №142318, 27.06.2014, Бюл. №18).

Измерения спектров фотопроводимости в зависимости от поперечного поля осуществляются на экспериментальной установке, блок-схема которой приведена на фиг. 1, где 1 - источник питания; 2 - лампа накаливания ленточного типа СИ10-З00у; 3 - объективы; 4 - светофильтр СЗС-24; 5 - монохроматор МДР-3; 6 - поляризатор; 7 - конденсатор эффекта поля с образцом CdS; 8 - стеклянный криостат; 9 - электрометрический усилитель типа У5-9 или В7-30; 10 - самопишущий потенциометр КСП-4; 11 - источник тянущего (измерительного) поля; 12 - источник поперечного поля; К1 и К2 - ключи; П1 и П2 - трехпозиционные переключатели. Буквами а, б, в и г обозначены положения переключателей, определяющие знак поперечного поля, приложенного к образцу. В данной установке в качестве источника тянущего поля 11 используется источник постоянного тока Б5-50, а в качестве источника поперечного поля 12 высоковольтный источник постоянного тока Б5-60М. Охлаждение образца до температуры Т=77 К осуществляется с помощью стеклянного криостата 8, заполняемого жидким азотом после помещения в него конденсатора эффекта поля с образцом, встроенного в измерительный тракт экспериментальной установки.

Суть предлагаемого метода оценки S заключается в определении напряженности электрического поля на поверхности полупроводника, которая соответствует нулевому значению эффективной скорости рекомбинации неравновесных носителей на поверхности полупроводника.

Сущность предлагаемого метода определения S заключается в оценке напряженности электрического поля на поверхности полупроводника ES и дрейфовой подвижности электронов μn, соответствующих бесструктурной (гладкой) спектральной кривой низкотемпературной (Т=77 К) краевой фотопроводимости, наблюдаемой в кристаллах типа CdS при S=μn⋅ES (см. А.С. Батырев и др. Спектральный фоторезистивный эффект поля в кристаллах CdS при низких температурах. ФТТ, 2003, т. 45, в. 11, с. 1961-1967). Предлагаемый метод определения S применим к кристаллам CdS с четко выраженной тонкой (экситонной) структурой в спектре низкотемпературной фотопроводимости. Согласно современным представлениям (см. например, В.А. Киселев, Б.В. Новиков, А.Е. Чередничнко. Экситонная спектроскопия приповерхностной области полупроводников. СПб., Изд-во СПбГУ, 2003, 244 с.) такие кристаллы относятся к разряду «современных» кристаллов с малым значением параметра диссипативного затухания экситонов, определяемого процессами распада и рассеяния последних на фононах и несовершенствах кристаллической решетки. В таких кристаллах значения параметра μn при Т=77 К по литературным данным составляет величину порядка 103 см2/В⋅с, существенно (на порядок и более) превышающую значения μn для «несовершенных» кристаллов CdS (см. например, S. Toyotomi, К. Morigaki. Impurity Conduction in Cadmium Sulfide at Low Temperatures. J. Phys. Soc. Jap. 1968, v. 25, №№, pp. 807-815; I. Uchida. Photoconductivity of Pure Cadmium Sulfide Single Crystal near the Band Edge. J. Phys. Soc. Jap. 1967, v. 22, №3, pp. 770-778). Эту величину можно использовать в качестве значения цп для эксперсс-оценки в рядка величины S по формуле S=μn⋅ES. Таким образом, задача оценки S в CdS предлагаемым методом сводится к оценке значения ES, при котором спектральная кривая краевой фотопроводимости полупроводника в области экситонных резонансов при Т=77 К приобретает гладкий (бесструктурный) вид. Экспериментальная оценка Es, соответствующей гладкому спектру краевой фотопроводимости CdS, осуществляется следующим образом.

Измеряют спектры краевой фотопроводимости полупроводника при Т=77 К в зависимости от напряжения на конденсаторе эффекта поля и находят его величину, при которой спектр фотопроводимости «обесструктуривается». Затем с использованием электрометра типа В7-30 измеряют плотность заряда NSC, захватываемого поверхностными состояниями при найденном напряжении на конденсаторе эффекта поля. На следующем этапе осуществляется оценка плотности заряда на поверхности полупроводника NSE. С этой целью измеряется поверхностная фотоэдс образца полупроводника, возникающая при его освещении модулированным по интенсивности светом из области собственного поглощения. Освещение образца осуществляется через управляющую полупрозрачную обкладку конденсатора эффекта поля. Измерения поверхностной фотоэдс осуществляются методом синхронного детектирования с использованием узкополосного усилителя типа UNIPAN-237. Измеряется поверхностная фотоэдс в зависимости от интенсивности падающего на образец света и по участку насыщения этой зависимости определяется величина равновесного поверхностного потенциала ϕS. Далее определяется NSE по формуле

где ε0 _ электрическая постоянная, μn - диэлектрическая проницаемость полупроводника, Nd - концентрация в нем доноров, е - элементарный заряд. Затем по формулам определяются значения ES для кристаллов 1-ой и 2-ой групп, отвечающие гладкой спектральной кривой фотопроводимости (о кристаллах 1-ой и 2-ой групп см., например, В.А. Киселев, Б.В. Новиков, А.Е. Чередниченко. Экситонная спектроскопия приповерхностной области полупроводников. СПб., Изд-во СПбГУ, 2003, 244 с).

Спектроскопический метод оценки скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда в полупроводниках типа CdS, основанный на зависимости структуры спектра фотопроводимости от величины и знака напряженности электрического поля на поверхности полупроводника, отличающийся тем, что скорость поверхностной рекомбинации полупроводника определяется по форме спектральной кривой фототока в области экситонных резонансов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения температуры активной области светодиода. Способ заключается в том, что через светодиод пропускают греющий ток заданной величины, излучение светодиода подается на два фотоприемника и температуру активной области светодиода определяют по изменению центральной длины волны излучения.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к методам измерения эксплуатационных параметров полупроводниковых источников света, и может быть использовано в их производстве, как для отбраковки потенциально ненадежных источников света, так и для контроля соблюдения режимов выполнения сборочных операций.

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой для измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов с использованием зондирующего электромагнитного излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть применено для определения времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниковых пластинах и слитках бесконтактным СВЧ методом.

Изобретение относится к технике контроля полупроводников. .

Изобретение относится к технике контроля параметров полупроводников и предназначено для локального контроля параметров глубоких центров (уровней). .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания иона сульфата в почвах сельскохозяйственного назначения. Для этого получают водную вытяжку из почвы, отбирают аликвоту, переносят в другую емкость и добавляют в нее точное количество раствора известной концентрации хлорида бария.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания иона сульфата в почвах сельскохозяйственного назначения. Для этого получают водную вытяжку из почвы, отбирают аликвоту, переносят в другую емкость и добавляют в нее точное количество раствора известной концентрации хлорида бария.

Изобретение относится к области испытаний на трещиностойкость, а именно к способам испытания на трещиностойкость образцов полимерных композиционных материалов. Сущность: размещают на контрастном фоне образец материала с предварительно выполненной на его конце трещиной, прикладывают к упомянутому концу образца материала растягивающее усилие, в процессе приложения растягивающего усилия освещают образец, измеряют прикладываемое усилие и формируют временную последовательность цифровых изображений образца в отраженном свете, на каждом цифровом изображении образца определяют положение вершины трещины и вычисляют ее длину, и на основании вычисленных значений длины трещины и измеренного значения прикладываемого усилия определяют характеристику трещиностойкости образца, причем положение вершины трещины определяют посредством измерения интенсивности пикселей вдоль линии трещины на каждом цифровом изображении образца, для вычисления длины трещины на одном из цифровых изображений задают контрольный сегмент в окрестности характерной точки, в качестве последней выбирают точку, положение которой остается неизменным относительно точки отсчета начала длины трещины в процессе испытания, на каждом цифровом изображении образца определяют положение контрольного сегмента посредством сравнения цифровых изображений, вычисляют смещение точки отсчета начала длины трещины относительно контрольного сегмента и по результатам вычисления определяют положение точки отсчета начала длины трещины, а длину трещины вычисляют как длину кривой между вершиной трещины и точкой отсчета начала длины трещины на соответствующем изображении.

Группа изобретений относится к пищевой промышленности. Устройство (10) для повторного разогрева приготовленного продукта питания, например мяса, содержит контейнер (12) для размещения продукта питания, подлежащего повторному разогреву, опознающий модуль (16), нагревающий модуль (18) и блок (20) обработки.

Фотометр // 2659977
Изобретение относится к устройствам для измерения яркости поверхностей пищевых продуктов, материалов, изделий, источников света, экранов мониторов. Фотометр содержит корпус, блок питания, осветительно-приемный блок и измерительную головку, программируемый микроконтроллер последовательно включает-выключает светодиоды, закрепленные в осветительно-приемном блоке, белого, красного, синего и зеленого цвета, которые освещают исследуемую поверхность, а отраженный свет улавливается светочувствительным датчиком, преобразуется пропорционально величине силы света в электрический ток, передается на анализ в программируемый микроконтроллер, который по алгоритму загруженной через USB-кабель от ЭВМ программы, передает данные на монитор в буквенно-цифровом формате как результат измерения яркости поверхностей, при этом корпус изготовлен из ударопрочной пластмассы, а блок питания состоит из четырех щелочных батарей АА по 1,5 В.

Изобретение относится к технике измерения электрических токов и может быть использовано для градуировки и исследования характеристик бесконтактных волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов BSO.

Изобретение относится к технике измерения электрических токов и может быть использовано для градуировки и исследования характеристик бесконтактных волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов BSO.

Изобретение относится к ядерной энергетике и лазерной измерительной технике и предназначено для использования в ядерных энергетических реакторах типа РБМК и ВВЭР для оперативного измерения физических характеристик теплоносителя, в частности измерения паросодержания в теплоносителе в активной зоне ядерных реакторов с водным теплоносителем.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для измерения уровня гемоглобина у пациента (38). Медицинская система (10) содержит проекционную систему, систему получения изображения, модуль гемоглобина.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается спектрометра и способа управления спектрометром. Спектрометр включает в себя источник света, содержащий несколько светодиодов, спектры излучения которых охватывают в комбинации анализируемую полосу длин волн, датчик с фоточувствительными элементами, расположенными на пути светового пучка после его взаимодействия с анализируемым веществом, и устройство управления, предназначенное для регулирования заданных значений тока питания светодиодов источника света и времени интегрирования фоточувствительных элементов.

Использование: для оценки скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда полупроводников. Сущность изобретения заключается в том, что метод оценки скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда в полупроводниках типа CdS, основанный на зависимости структуры спектра фотопроводимости от величины и знака напряженности электрического поля на поверхности полупроводника, отличается тем, что скорость поверхностной рекомбинации полупроводника определяется по форме спектральной кривой фототока в области экситонных резонансов. Технический результат: обеспечение возможности простого в реализации, свободного от ограничений, налагаемых на характеристики полупроводника, метода определения S. 1 ил.

Наверх