Методика измерения спектра поглощения полупроводников и экспериментальная установка
Если однородную среду осветить пучком монохроматического излучения, то вследствие поглощения интенсивность его уменьшается по закону Ламберта-Бугера:
, 
(8)
где 
– интенсивность падающего света, d – толщина образца.
Этот закон справедлив лишь для строго монохроматического излучения, перпендикулярно падающего на поверхность полупроводника. Отклонение от этого закона может быть вызвано частичным отражением падающего потока, а также неоднородностью поглощающей среды и недостаточной параллельностью пучка излучения.
Из формулы (8) следует, что:
. (9)
Графическое изображение зависимости 
от 
падающего излучения называется спектром поглощения. Схема экспериментальной установки для снятия спектра поглощения представлена на рис.8.
Для определения необходимо пучок света определенной длины, вырезаемой щелью монохроматора, направить на образец полупроводника. Образец располагают так, чтобы параллельный пучок излучения входил и выходил перпендикулярно его поверхности. Вычисление относительной интенсивности 
производится по данным показания гальванометра, который включен последовательно с фотоэлементом – приемником излучения.
Положим, что без образца пучок света с интенсивностью и длиной волны возбуждает в щели фотоэлемента ток 
. При наличии образца, гальванометр показывает ток i. Тогда, при условии линейности люксамперной характеристики фотоэлемента (i~ 
):
|
|
|
. (10)
Исследуемым образцом может служить полупрозрачная полупроводниковая пленка с известной толщиной на стеклянной пластинке. В этом случае необходимо учесть поглощение и отражение света стеклянной подложкой.
Для этого снимают зависимость интенсивности света (фототокa), прошедшего через стеклянную подложку от длины волны, т.е. 
. Затем снимают аналогичную зависимость для полупроводниковой пленки на стеклянной подложке, т.е. зависимость 
.
В данной работе в качестве источника света используется лампа накаливания, свет которой падает на вход монохроматора УМ-2, позволяющего получить на его выходе пучок света определенной длины волны. Рабочий диапазон монохроматора УМ-2 3800--10000 
. Устройство и градуировка прибора даны в описании к нему.
Значения длины волны 
получают пользуясь её зависимостью от угла поворота барабана монохроматора 
, которая приводится в табл. 1.
Таблица 1
Зависимость длины волны 
от угла поворота барабана 
монохроматора УМ-2
|
|
|
| l нм | j град | l нм | j град | l нм | j град | l нм | j град | l нм | j град |
| 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 | 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 | 251 253 255 257 260 262 265 267 270 273 276 | 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 | 278 280 283 285 293 298 301 305 310 315 319 | 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 | 325 330 336 341 348 355 365 372 381 392 405 | 1700 1750 1800 1850 1900 1950 200 2050 2100 2150 2200 | 418 430 445 460 475 495 517 538 565 595 622 | 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 |
Спектральная характеристика 
позволяет определить оптическую ширину запрещенной зоны полупроводника
Оптическая ширина запрещенной зоны – это наименьшее энергетическое расстояние между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны. Для собственного поглощения при прямых переходах коэффициент поглощения зависит от величины кванта энергии излучения по закону
.
Точка пересечения продолжения прямой 
с осью абсцисс дает значение оптической ширины запрещенной зоны 
. Для более точного определения необходимо иметь больше экспериментальных точек для падающего участка кривой 
, соответствующего собственному поглощению. Поэтому рекомендуется измерять коэффициент поглощения через каждые 50 
.
|
|
|
Задание
1. Снять спектральную кривую распределения поглощения в полупроводниковой пленке, т.е. 
и построить график.
2. Построить график зависимости и определить оптическую ширину запрещенной зоны исследуемой полупроводниковой пленки.
Лабораторная работа № 6
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 379; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!