Numărul 404 Lab.
Fotoconductie de semiconductori.
DETERMINAREA LIFETIME
purtătorilor de sarcină
Obiectiv: 1) determinarea dreptului de relaxare fotoconductie semiconductoare;
2) determinarea duratei de viață a purtătorilor minoritari pe curbele de relaxare ale fotoconductivitatii semiconductorului.
Aparate și accesorii: instalare pentru studiul semiconductoare fotoconductie de relaxare.
Fotoconductie se numește un fenomen, care constă în schimbarea conductivitatea semiconductorului sub influența radiațiilor electromagnetice, nu este legată de încălzirea acesteia.
În absența radiației electromagnetice semiconductor conductanta (numită conductivitate întuneric) este determinată de purtători de sarcină: electronii din banda de conducție și găuri în banda de valență cauzată de excitație termică (generare de căldură). Acești purtători: electroni fără concentrare concentrare și gaura cu Ro - sunt în echilibru termic cu rețeaua cristalină a semiconductorului și numit echilibru. Specific semiconductor conductivitate SO întuneric este descrisă de ecuația:
în cazul în care e - sarcina unui electron; mn și p m - Mobilitatea electronilor și găuri, respectiv.
Când un semiconductor este iluminat prin absorbția cuantelor luminii cu o energie mai mare de o energie de activare a transportatorilor, există suplimentare (neechilibru) purtători de sarcină. Procesul numit generare de excitație optic. Conductivitatea semiconductorului iluminat de s, ca urmare a optice crește generația purtătoare prin:
Unde D s - semiconductor fotoconductiv specifice; D n = n - no - concentrația electronilor de neechilibru și găuri, respectiv.
transportatorii Excited pot participa la conductie numai în timpul unui anumit interval de timp, după care transportatorii liberi dispar. Timpul pe care transportatorul petrece în stare liberă (electroni în banda de conducție și banda de dyrka- valență), numit timpul zhiznit mediu liber.
Procesul cel mai tipic, care determină viața, este recombinarea - procesul de electroni și reunificarea gaura. Rata de recombinare este proporțională cu concentrația de purtători de sarcină neechilibru. Din acest motiv, atunci când lumina semiconductor fotoconductivitate crește treptat (figura 1).
Prin creșterea ratei de recombinare scade rata de creștere fotoconductie și după un anumit timp, o fotoconductie staționară, care corespund concentrațiilor la starea de echilibru ale electronilor de neechilibru și găurile D D rst NST. definită prin viteza de recombinare de generare ecuație și purtător. atunci când opriți lumina pentru același motiv fotoconductie scade treptat la zero. Curbele se ridică și cad ori de fotoconductivitatea numite curbele de relaxare fotoconductivitate.
Semiconductorul impuritate de tip p în condițiile >> nr Ro și D n < și declinul - ecuația: unde D SO - valoarea staționară fotoconductie; la - durata de viata de electroni; T - timp. Adică, ridicarea și căderea fotoconductivitatea la rotirea luminii în cazul recombinării liniare de purtători de neechilibru este exponențială, cu un timp de relaxare constantă egală cu durata de viață a perechii (electron - gaura) de purtători de sarcină de neechilibru. În consecință, prin examinarea curbelor de relaxare fotoconductie se poate determina în mod direct durata de purtători de neechilibru t (t = tn = tp). INSTALARE 2.Descriere ȘI DE LUCRU
Metode de măsurare
Montajul experimental pentru investigarea cinetica măsurătorilor de relaxare și fotoconductivitate ale duratei de viață a purtătorilor de sarcină este prezentată în figura 2 t.
Deoarece proba semiconductor este utilizat pentru a instala fotorezistor RS (cum ar fi FSK, SCF, SAF și colab.), Conectat la o sursă de tensiune de CC U printr-o rezistență de sarcină RH. și RH < s S. Aceasta este, osciloscop până la o măsură factor constant conductivitatea probei în studiu. Eșantionul este iluminat impulsuri luminoase dreptunghiulare emise de D. LED, care este alimentat de la un generator de impulsuri dreptunghiulare H. Durata impulsului de lumină și întuneric interval este astfel încât în timpul iluminării eșantionului este stabilită valoarea staționară fotoconductie D SO. dar pentru întuneric - fotoconductie scade la zero. Dacă cinetica relaxării fotoconductie este descrisă de o lege exponențială, durata de viață purtător de sarcină poate fi calculată cu formula:
unde t1 - timp în care tensiunea pe rezistorul RH scade când atenuarea fotoconductivitatii de două ori: Uo / U1 = 2 (Uo = Ust - UT - tensiune fotoconductie staționar corespunzător). T1 timp se măsoară pe o scară de putere osciloscop la lumină (vezi. Figura 3).
3. Ordinea de execuție a lucrărilor și de prelucrare
Rezultatele măsurării
1. Porniți configurarea osciloscop și să se pregătească pentru funcționare, în conformitate cu descrierea tehnică.
2. Utilizarea „închis“ de intrare a osciloscopului, ecranul osciloscopului pentru a obține o curbă stabilă relaxare fotocurentul observată când o probă de iluminat impulsuri dreptunghiulare de lumină.
Prin selectarea intervalului de baleiere și coeficientul Tp deformarea fasciculului Pentru a se asigura că curba de creștere au o rezolutie maxima. Pornind de curba de timp (de ex. La fel ca în figura 1), combinată cu intersecția primului stânga și prima linie de jos a scalei ecranului. Schița creștere fotocurentul curbă pe hârtie de calc punându-l pe ecran. Cunoscutul pe trasarea axe de coordonate și împărțind scară osciloscop reticul. Înregistrați factorul deviație fasciculului K și coeficientul de scanare Tp.
3. Utilizarea „închis“ de intrare a osciloscopului, ecranul osciloscopului pentru a obține o curbă stabilă de relaxare fotocurentul observată atunci când lumina este oprit.
Prin selectarea intervalului de baleiere și coeficientul Tp deformarea fasciculului Pentru a se asigura că curba de creștere au o rezolutie maxima. Pornind de curba de timp (de ex. B din figura 1), combinate cu prima linie scala din stânga și o primă linie de jos pentru a combina cu tangenta la curba. Curba Schița descompunere fotocurentul pentru urmărirea prin punerea pe ecran. Cunoscutul pe trasarea axe de coordonate și împărțind scară osciloscop reticul. Înregistrați factorul deviație fasciculului K și coeficientul de scanare Tp.
Dacă este necesar, curbele de relaxare pot fi eliminate din punctele, definind coordonatele 7 ¸ 10 puncte.
4. Utilizarea „deschise“ de intrare a osciloscopului, pentru a măsura schimbările în multitudinea de curent semiconductor iluminat
Aici și curenți care curg prin semiconductoare sub iluminare și, respectiv, în întuneric; iar tensiunea la bornele rezistenței de sarcină, iar curenții respectivi (vezi. fig. 3).
Pentru a măsura multiplicitatea stabilită la „scurtcircuitat“ fasciculul de intrare la diviziunea inferioară a scalei osciloscop. După conectarea osciloscop la un rezistor de sarcină (selectorul de intrare la intrare „open“) modifica rata de scanare pentru a obține o imagine stabilă a două - cu trei fotocurentul de impulsuri în scala instrumentului și se măsoară amplitudinea și (Fig.3) al inferioare scalei osciloscop diviziune.
5. Se determină durata de viață a purtătorilor de sarcină de neechilibru și fotoconductivitatea relaxarea legii T.
Pentru a determina relaxarea legii și durata de viață a purtătorilor de sarcină a construi parcele în coordonate semi-logaritmică, folosind forma de undă a primit. Pentru a crește dependența fotocurentului poate fi bazată pe ecuațiile (1) și (3) conduc la înseamnă:
și pentru amortizarea pe baza dependenței fotocurentului de ecuațiile (2) și (3) conduc înseamnă:
Aici și tensiune pe rezistor RH. saturație fotocurentul corespunzătoare (t ¥ ®) și valoarea curentă a fotocurentului la momentul t; t1 și t2 - timp constante ale creșterii și dezintegrarea fotocurentului, respectiv [1].
Pentru complot necesară măsurarea riglă milimetrică și t coordonatele trasate pe trasarea curbelor U. relaxare 7 ¸ 10 puncte, schimbarea valorii t în creșteri corespunzătoare 0,5 sau 1 fisiunea scară de fisiune osciloscop. Datele înregistrate în tabelul 1 și tabelul 2.
Pentru a determina coordonatele punctelor necesare pentru a efectua axa curbelor de relaxare: linii de axe de timp și de tensiune paralel cu axa de coordonate a grilei de osciloscop. Pe curba creștere fotocurentului axe de coordonate care trece prin punctul corespunzător includerea luminii (adică. La fel ca în figura 1). Pe axa fotocurentului tensiune curba descompunere trece printr-un punct corespunzător de oprire a luminii (t. B din figura 1), iar axa timpului coincide cu tangenta la curba de relaxare de la punctul cel mai de jos.
Când recombinarea lineară a purtătorilor de sarcină rezultate grafice ar trebui să aibă o linie dreaptă care trece prin origine (Fig. 4).
6. Se calculează constantele t1 și t2 relaxarea prin formulele:
Aici, t1 și U1 - coordonatele unei linii drepte definită în apropierea capătului său.
7. Aceste măsurători și calcule înregistrate în tabelul 1 și tabelul 2.
Rezultate Tabelul 1
Determinarea fotoconductivitatii dreptului de relaxare
atunci când sunt iluminate cu semiconductori
matura coeficient Tp =;
Comparați constantele de timp de relaxare între un fotoconductie. De-a lungul duratei de viață a purtătorilor de sarcină pentru a lua constanta de timp a dezintegrării fotoconductie.
4. PROBLEME DE ADMITERE LA MUNCĂ
1. Formulați scopul lucrării.
- Descrieți setarea de lucru și pe parcursul experimentului.
3. Să descrie modul în care schimbările în fotocurentul semiconductoare de măsurare multiplicitate.
4. Descrieți procedura de obținere a curbelor se ridică și cad ori de fotoconductivitatea pe ecranul osciloscopului.
5. Explicați modul în care curbele de relaxare fotoconductie pentru a determina durata de viață a purtătorilor?
6. Explicați modul în care oscilograme obținute fotoconductie relaxarea determina legea?
5. ÎNTREBĂRI PENTRU PROTECȚIA MUNCII
1. Ce semiconductori se numesc corespunzătoare, impuritate? Explicați diagrama propria energie a unui semiconductor și o impuritate (a se vedea. Descriere laborator. Slave. № 401).
2. Ceea ce se numește fotoconductie? Ce purtători sunt numite neechilibru?
3. Explicați mecanismul de fotoconductie intrinseci și extrinseci.
4. Ce fel de expresie este determinată de marginea roșie a fotoconductivitatii semiconductorului intrinseci și extrinseci?
5. Se înregistrează formulele care descriu cinetica de relaxare fotoconductie și explică valorile incluse în ele.
6. Definiți durata de viață a purtătorilor minoritari.
7. Explicați procesele de relaxare fotoconductie atunci când sunt iluminate de impulsuri luminoase semiconductoare dreptunghiulare.