Измерительная установка и методика измерений
Экспериментальная установка для измерения скорости поверхностной рекомбинации методом движущегося луча дана на рис. 3. Она состоит из следующих основных частей: 1 – осветительное устройство; 2 – щель; 3 – фокусирующая оптическая система; 4 – вращающееся зеркало; 5 – кристал-лодержатель; 6 – усилитель; 7 – осциллограф.
Щель выделяет узкую полоску света, которая проектируется оптической системой на образец, находящийся в кристаллодержателе. На пути светового пучка находится вращающееся зеркало, что вызывает периодическое его перемещение по поверхности полупроводника, создавая неравновесные носители заряда, на коллекторе вызывают фото-э.д.с. Затем этот сигнал усиливается и подается на вход вертикального отклонения осциллографа.
При включении развёртки на экране осциллографа появляется кривая, представляющая собой зависимость фото-э.д.с. от времени (зависимость концентрации неравновесных носителей от времени в точке контакта измерительного зонда). Осциллограмма фото-э.д.с., полученная описанным способом, будет имеет несимметричный вид. Это обусловлено тем, что диффузионные скорости неравновесных носителей заряда направлены в противоположные стороны от светового луча: в одном случае совпадают с направлением движения самого светового луча, а в другом – противоположны ему.
| Рис. 3. Блок-схема измерительной установки | Рис. 4. Осциллограмма фото- э. д. с. в линейом (а) и полулогарифмическом (б) масштабе |
Поскольку концентрация неравновесных носителей экспоненциально изменяется с расстоянием, то зависимость 
от x должна быть линейной. Если осциллограмму перечертить с экрана осциллографа и построить график зависимости от x , то получатся две прямые линии. Тангенсы углов наклона полученных прямолинейных участков будут равны 
и 
(рис. 4 б), что следует из (6) и (7): при 
|
|
|
(16)
при 
. (17)
Масштаб по вертикальной оси отсчитывается в делениях, а по горизонтальной оси определяется коэффициентом развёртки осциллографа. Для измерения скорости движения светового луча, предварительно измеряется частота вращения зеркала. Для этого фотодиод освещается тем же световым лучом, что и образец. Сигнал с фотодиода подаётся на вход вертикального отклонения осциллографа, а на вход горизонтального отклонения подаётся напряжение с генератора звуковой частоты. В результате интерференций этих двух сигналов на экране осциллографа получается фигура Лиссажу. В частности, если эти частоты одинаковы, то фигурой Лиссажу будет эллипс.
|
|
|
Скорость движения светового луча определяют по формуле с=2παν, где α – расстояние между зеркалом и образцом, ν – частота вращения зеркала.
Задание
Измерить коэффициент диффузии и скорость поверхностной рекомбинации двух пластин германия, вырезанных из одного и того же материала.
1. Протравить два образца германия в 30 %-ом растворе перекиси водорода.
2. Получить осциллограммы фото-э.д.с. для обоих образцов Ge.
3. Перестроить полученные осциллограммы в полулогарифмическом масштабе, как показано на рис. 4, и определить величины 
и 
для обоих образцов.
4. По фигуре Лиссажу определить скорость движения светового луча.
5. Измерить толщины образцов с помощью микрометра.
6. Используя формулы (16), (17) и (9) определить величины 
, 
и коэффициент диффузии D для каждого из образцов. Найти среднее значение коэффициента диффузии.
7. Используя формулы (8) и (13), определить величины 
и скорость поверхностной рекомбинации s.
8. Из формул (14) и (15) вычислить объемную диффузионную длину 
и время жизни неравновесных носителей заряда 
.
9. Подвижность носителей определить из соотношения Эйнштейна
|
|
|
,
где q – заряд электрона, k- постоянная Больцмана, T – температура по шкале Кельвина.
Контрольные вопросы
1. Каковы причины возникновения поверхностных состояний?
2. Перечислите виды поверхностных состояний.
3. Что такое скорость поверхностной рекомбинации?
4. Сущность измерения s методом движущегося пучка.
5. Что такое диффузионная длина неравновесных носителей?
6. Всегда ли справедлива формула Эйнштейна, связывающая подвижность и коэффициент диффузии друг с другом?
7. В чем сущность измерения скорости перемещения светового луча по поверхности кристалла?
Лабораторная работа № 10
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 302; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!