Determinarea lungimii de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritară

Titlul lucrării: Determinarea lungimii de difuzare a purtătorilor de taxă minoritară

Specializarea: Fizica

Descriere: Definiția lungimii de difuzie se bazează pe măsurarea distribuției spațiale a concentrației purtătorilor de neechilibru excitați de lumină. Lungimea de difuzare a purtătorilor de taxe minoritare. O parte a eșantionului este iluminat de l x 0 absorbit slab lumină, astfel încât o generație uniformă de purtători de neechilibru în întregul volum al regiunii iluminată a eșantionului n0  p0 Fig.

Mărime fișier: 231 KB

Lucrarea a fost descărcată: 27 de persoane.

Lucrarea de laborator № 16

Determinarea lungimii de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritară

Obiectiv: Determinarea lungimii de difuzie și a duratei de viață a transportatorilor de taxe minoritare. Definiția lungimii de difuzie se bazează pe măsurarea distribuției spațiale a concentrației purtătorilor de neechilibru excitați de lumină.

Măsurătorile se efectuează pe probe de siliciu cu o concentrație de dopant suficient de scăzută la temperatura camerei.

Lungimea de difuzare a purtătorilor de taxe minoritare.

Există un semiconductor de conductivitate tip n (n 0 >> p 0), a cărui grosime este mult mai mică decât lungimea sa. O parte a eșantionului (- l

Fig.1. Reprezentarea schematică a eșantionului măsurat

Cele mai slabe câmpuri electrice, starea cvasi-neutralitate  n   p și distribuția concentrației de purtători în exces poate fi găsit prin rezolvarea ecuațiilor de difuzie bipolare. În starea staționară (dp / dt = 0) pentru regiunea semiconductoră neuniformă a conductivității de tip n, avem:

d 2 ( p) / dx 2 # 150; ( p E / D p) * d ( p) / dx # 150; ( p / D p ) = 0,

Astfel, în regiunea umbra pe ambele părți ale regiunii iluminate a eșantionului concentrația purtătorilor în exces scade exponențial cu constantele de degradare L 1 și L 2. În absența unui câmp electric (LE = 0), numai atunci când există o difuzie a purtătorilor de sarcină de dezintegrare exponențială concentrația purtătorilor de sarcină este determinată numai de valoarea LD = (D p ) 1/2. care se numește lungimea de difuzare a transportatorilor de taxă minoritară (în cazul în cauză # 150; găuri). Lungimea de difuzie este distanța medie pe care suporturile de încărcare se deplasează sub influența difuziei pe întreaga durată de viață, adică până la momentul recombinării.

Atunci când un câmp electric cu o intensitate E descompunere constantele L1 și L2 diferă prin lungimea de difuzie L D, și în funcție de direcția câmpului electric poate fi mai mult sau mai puțin decât L D.

Pentru E> 0, L 2> L D> L 1; la E <0 L 2

Cantitățile L 1 și L 2 se numesc "lungimea de difuzie de-a lungul câmpului" și "lungimea de difuzie față de câmp". Figura 2 prezintă distribuțiile purtătorilor de sarcină fără echilibru în absența și în prezența unui câmp electric. Deoarece condiția quasineutrality a fost presupusă a fi satisfăcută în rezolvarea problemei, distribuțiile prezentate în Fig.2 sunt valabile atât pentru electroni, cât și pentru găuri.

Figura 2. Distribuția purtătorilor de neechilibru de-a lungul eșantionului

Pentru a determina lungimea de difuzie L D este necesară măsurarea distribuției concentrației de purtători de neechilibru a lungul eșantionului semiconductor. Cu toate acestea, nu se poate măsura în exces concentrația  n (x) sau  p (x) și orice cantitate proporțională cu acesta, adică pentru a efectua măsurarea relativă a concentrației în exces. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza un contact de rectificare, care este o joncțiune p-n cu dimensiunile L k <

Pentru a izola porțiunea din colectorul de curent, care este obligat să vină în jos până când transportatorii neechilibru aplică modulate în timp (impulsuri) de iluminat din materiale semiconductoare. Durata și frecvența de repetiție a impulsului este aleasă astfel încât concentrația de purtători de neechilibru atins, în primul rând, valoarea starea de echilibru în timpul lumina pulsului și, în al doilea rând, timpul să scadă la zero, în intervalul dintre două impulsuri adiacente. Ambele aceste condiții sunt îndeplinite, în cazul în care durata impulsului și intervalul dintre două pulsații succesive este de câteva ori mai mare decât durata de viață medie a purtătorilor minoritari în semiconductor.

După o durată experimentală a impulsului de selecție și perioada de repetare este posibilă măsurarea amplitudinii părții modulata a curentului prin contactul colector (adică, amplitudinea tensiunii de conectat în serie cu p - n tranziția de măsurare meas rezistor R).

Raționamentul privind distribuția neechilibru purtători de sarcină în afara regiunii iluminate a eșantionului poate fi obținută prin măsurarea dependenței amplitudinii impulsului de tensiune pe rezistorul R MOD  U distanța Mezhuyev colector p - n joncțiunea și marginea regiunii x iluminate.

Tensiunea măsurată  U este proporțională cu concentrația purtătorilor de sarcină pentru echilibru în apropierea contactului colectorului. Din ecuațiile (6) și (8) cu E = 0 rezultă că

O diagramă bloc a structurii plantei este prezentată în Fig. Obiectul măsurătorilor este o parte din placa de siliciu cu joncțiuni locale de difuzie p-n formate în stratul său apropiat.

Conectarea p - n joncțiune servind ca contactul colector pentru purtătorilor minoritari la standul de măsurare este realizată cu ajutorul ansamblului de sondă, una dintre sondele este pusă în contact cu p -domain p - n joncțiunii, iar celălalt # 150; cu o suprafață metalizată a mesei. Impulsurile de la ieșirea generatorului sunt alimentate printr-un rezistor de limitare la laser semiconductor, montat pe un suport deasupra eșantionului. Rezistorul R ogr limitează curentul printr-un laser semiconductor, protejându-l de eșec. Impulsurile de tensiune aplicate laser poate fi monitorizată pe ecranul osciloscopului. Generatorul de impulsuri de ceas cu ieșiri conectate la intrarea de sincronizare extern osciloscop.

O inversare inversă de la sursa TES-14 (sau altul) de aproximativ 1 # 150; 2 B. impulsuri de curent în contact circuitul colector care rezultă din iluminarea pulsului luminos proba este transformată în impulsuri  tensiune U la R MOD rezistor de măsurare și observate pe un ecran de osciloscop. Această tensiune  U este proporțională cu concentrația purtătorilor de neechilibru din apropierea colectorului.

Ordinea de executare a muncii

1. Activați osciloscopul, generatorul și sursa de tensiune și lăsați-le să se încălzească timp de 30 de minute.
2. Conectați ieșirea de sincronizare a oscilatorului la conectorul blocului de sincronizare a osciloscopului, setați comutatorul de pe unitatea de sincronizare la poziția "EXT. 1: 1. "
3. Setați următorii parametri ai impulsului de ieșire utilizând comenzile generatorului:

• perioada de repetare a impulsurilor # 150; nu mai puțin de 300 μs;
• durata pulsului # 150; aproximativ 10 microsecunde;
• puls amplitudine # 150; 20 V.

1. Setați comenzile pentru osciloscop în pozițiile corespunzătoare parametrilor impulsurilor aplicate.
2. Conectați ieșirea generatorului la intrarea osciloscopului și atingeți aspectul unei oscilograme stabile a impulsurilor de tensiune pe ecranul osciloscopului.
3. Opriți tensiunea la ieșirea generatorului. Deconectați intrarea osciloscopului de la ieșirea generatorului și conectați blocurile de dispunere a unității de măsură în conformitate cu schema de funcționare.

Notă. setările inițiale (articolele 1 # 150; 5) pot fi deja efectuate înainte de începerea lucrului, deci trebuie să verificați implementarea acestora.

1. Porniți tensiunea la ieșirea generatorului. Prin mărirea amplitudinii impulsurilor de tensiune aplicate la laserul semiconductor, se obține apariția unui spot luminos pe suprafața plăcii.
2. Deplasarea cu ajutorul unui șurub micrometric cu proba p - n deplasa în raport cu fasciculul de lumină, până când vedeți pe ecranul osciloscopului un puls stabil de tensiune de undă pe rezistorul R MOD. Momentul coincidenței punctului de lumină cu joncțiunea p - n este determinat de valoarea maximă a tensiunii  U.
3. Se măsoară distribuția  U amplitudinea pulsului pe distanța de la p - n joncțiune, prin deplasarea probei cu p șurub micrometric - n tranziție, astfel încât punctul de lumină se îndepărtează de p - n intersecție. Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabelul următor.

Tabelul rezultatelor măsurătorilor

Pentru calcularea lungimii de difuzie a celulei, de tip B diviziuni la scara micrometrului 5 valoare corespunzătoare pătrunderii spotului luminos pe p - n joncțiunii, adică valoarea maximă a  tensiune U. apoi intra în celulele 7 în D # 150; D 16 valorile măsurate  U. și în celulele B 7 # 150; B 16 valorile corespunzătoare ale scalei șurubului micrometric l (în diviziuni). Exel calculează abaterea (în mm) a punctului luminos de la p-n-joncțiunea x (în celule C 7 # 150; C 16 și F 7 # 150; F16) ln ( U) (în celulele E 7 # 150; E 16 și G7 # 150; G16), construiți un grafic al ln ( U) = f (x) și apropiați-l cu o linie dreaptă.

Determinați intervalul valorilor x. în care o parte din acest grafic poate fi considerată drept un segment de linie dreaptă și se pot șterge în coloanele F și G valorile lui x și  U. care corespund punctelor care nu se află pe această linie. În grafic, punctele rămase vor fi conectate printr-un segment de linie dreaptă. Ecuația acestei linii și a coeficientului de regresie sunt prezentate în caseta de pe grafic.

În celula H 8, împărțiți 1 (unul) cu coeficientul a la x și obțineți lungimea de difuzie în L D în mm. La o anumita valoare a lungimii de difuzie și valoarea mobilității calculată prin formula (10), durata de viață a purtătorilor minoritari în eșantion regiunea ușor dopat .

1. O scurtă prezentare a descrierii lucrării de laborator, care conține o diagramă bloc a structurii instalației de măsurare și o tehnică pentru determinarea lungimii de difuzie.
2. Parametrii impulsului de tensiune la ieșirea generatorului: amplitudinea U [V], durata  [μs] și perioada T [μs]; valoarea tensiunii inverse pe joncțiunea p - n.
3. Scara pe axele x [μs / div] și y [B / div] ale osciloscopului.
4. Tabelul rezultatelor măsurătorilor și rezultatele determinării lungimii de difuzare și duratei de viață a transportatorilor minoritari.

1. Definiți lungimea de difuzie și durata de viață a transportatorilor de taxe minoritare. Relația dintre lungimea de difuzie, durata de viață și mobilitatea.
2. Care este lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritară și cum depinde de câmpul electric din semiconductor? Sensul fizic al lungimii de difuzie.
3. Tehnica utilizată pentru a determina lungimea de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritară. Diagrama bloc a dispozitivului de măsurare.
4. Explicați distribuția purtătorilor de încărcătură fără echilibru de-a lungul eșantionului când iluminați de lumină în absența unui câmp electric și a unui câmp.
5. Calculați pentru germaniu lungimea de difuzie a conductivității de tip n a purtătorilor de sarcină și a lungimilor de difuzie "peste câmp" și "împotriva câmpului" în următoarele condiții:

 n = 3800 cm 2 / Vs,  p = 1800 cm2 / Vs,  n = 10 μs,  p = 8 μs, E = 1 V / cm, T = 20 C.

1. Calculați lungimea de difuzie a purtătorilor de încărcături și a lungimilor de difuzie "pe câmp" și "pe câmp" pentru siliciul de tip p al conductivității în următoarele condiții:

 n = 1300 cm 2 / Vs,  p = 480 cm 2 / Vs,  n = 20 μs,  p = 18 μs, E = 1 V / cm, T = 20 C.

1. Luați relația Einstein.

Articole similare

• Lucrarea de laborator Nr. 16 determinarea lungimii de difuzie a purtătorilor de sarcină minoritară

• Determinarea lungimii de difuzie și a duratei de viață a purtătoarelor de curent non-echilibru în semiconductori

• Lungimea difuziei