Исследование спектров фотопроводимости высокоомных полупроводников в УФ и видимой областях

После высвобождения электронов с внутренних оболочек атомов возможен переход электроновиз более удаленных от ядра состояний на освободившиеся места. Данный переход сопровождается появлением вторичных излучений, принадлежащих либо к рентгеновской, либо к ультрафиолетовой части спектра электромагнитного излучения.Возникшее излучение может быть поглощено, что также приведет к возникновению возбужденных свободных носителей заряда [10].Таки образом, механизм возбуждения при облучении полупроводника рентгеновским излучением намного более сложный, чем при облучении излучением видимой части спектра.Так как спектр ультрафиолетового излучения граничит со спектром рентгеновского излучения, то все описанные для возбуждения под воздействием рентгеновского излучения механизмы отчасти присущи и возбуждению под воздействием излучения ультрафиолетовой части спектра.Описанные выше механизмы возбуждения становятся причиной возникновения трудностей при измерении электрических характеристик твердых тел под воздействием рентгеновскогоизлучения, не характерных для аналогичных измерений фотоэлектрических характеристик под воздействием видимого излучения.Рассмотрим подробнее данные трудности.Первая сложность связана с тем, что атмосферный воздух, являющийся хорошим изолятором в нормальных условиях, под воздействием рентгеновского облучения ионизируется и, следовательно, начинает проводить ток, величина которого находится в диапазоне от 10−8до10−12 А. Данный ток является паразитным, так как он шунтирует ток, протекающий через полупроводник. Вторая трудность связана также с появлением паразитного тока, причиной которого являются фотоэлектроны, появившиеся в результате внешнего фотоэффекта, то есть такие фотоэлектроны, которые под воздействием квантов рентгеновского излучения были выбиты из поверхности полупроводника, а также металлических электродов.Третьей причиной, возникающих проблем, становится то, что ток быстрых электронов, которые образуются под воздействием квантов рентгеновского излучения, отличается от обычного электрического тока. Этот ток не зависит от внешнего электрического поля (его наличия, величины, а также направления), так как энергия электронов, полученная в этом поле, всегда намного меньше, чем энергия быстрых электронов, возникших под воздействием рентгеновского излучения. Ток быстрых электронов всегда пропорционален интенсивности излучения, а также не зависит от температуры образца.Он может, как складываться с током проводимости, так и вычитаться из него в зависимости от того, как расположенв поле рентгеновского излучения измеряемый образец, и от полярности электрического поля, приложенного к полупроводнику [11].Для проведения качественных измерений спектра фотопроводимости высокоомных полупроводников необходимо уменьшить значения всех видов паразитных токов до минимальных значений.Для достижения этой цели при измерении фотопроводимости высокоомных полупроводников при облучении излучением рентгеновского спектра применяются различные специальные измерительные ячейки. Для устранения токов, причиной которых является ионизация воздуха, возможно два пути решения [12]:Проведение измерений в высоком вакууме (вакуум должен находиться в диапазоне от10−6до10−7 торр).Предварительнаязапрессовка в специальные диэлектрические среды образцов вместе с электродами, что позволяет исключить их контакт с атмосферой.Для исключения влияния тока быстрых электронов существует также несколько способов:В первом способе используют введениекомпенсирующего постоянного тока в измерительную цепь. Компенсирующий ток подбирают до приложения внешнего электрического поля, то есть перед измерением тока проводимости [13]. Использование сандвичей, образцов специальной конструкции, является вторым способом минимизации влияния тока быстрых электронов является.Рассмотрим второй способ подробнее.В сандвиче используются три одинаковых образца, два из которых изготовлены в виде двух тонких полупроводниковых пластин или пленок (совершенно одинаковых) с двумя закороченными между собой внешними электродами и одним общим электродом между ними (таки же по устройству), а третий находится в контакте с металлическим корпусом измерительной ячейки (заземленным) [14]. Образующиеся под воздействием излучения рентгеновской части спектра быстрые электроны движутся в направлении соответствующим падающему потоку фотонов, что приводит к протеканию тока I1в первом образце и протеканию тока I2во втором. Внешнее напряжение, которое приложено ко второму образцу, приводит к протеканию тока I+ или I−. Знак тока зависит от полярности приложенного к образцу напряжения. В присутствии внешнего поля полный ток, который можно измерить приборами составляет в зависимости от полярности внешнего поля:I+полн = I1 − I2 − I+,I−полн = I1 − I2 + I−.В отсутствие внешнего поля полный ток можно рассчитать по следующей формуле:Iополн = I1 − I2 .Из этих уравнений можно определить значения I1, I2, I+ и I− . Токи I1 и I2взаимно компенсируются при соблюдении условия полной идентичности трех образцов, что позволяет измерить истинную фотопроводимость под воздействием рентгеновского излучения[15].Для компенсации паразитных токов, возникающих при воздействии ультрафиолетового излучения, можно использовать те же механизмы компенсации, так как природа паразитных токов возникающих в дальней ультрафиолетовой зоне очень близка к описанной выше[16].ЗаключениеВ работе рассмотрены основные понятия, которые лежат в основе явления фотопроводимости, а также особенности данного явления для высокоомных полупроводников.Описаны особенности механизмов возбуждения, возникающих при внутреннем фотоэффекте под воздействием ультрафиолетового и рентгеновского излучений.Приведены примеры традиционных методов исследования зависимости фотопроводимости от длины волны воздействующего излучения.Перечислены трудности, связанные с применением традиционных методов для исследования высокоомных полупроводников.Одной из наибольших сложностей является негативное влияние переходного сопротивления контактов.В работе описаны возможные пути решения данной проблемы, наиболее часто используемым из которых является подсветка контактов.Также исследованы сложности, возникающие в процессе измерения фотопроводимости под воздействием ультрафиолетового и рентгеновского излучений:гораздо большая глубина проникновения излучения,кванты обладают намного большей энергией по сравнению с квантами видимого излучения.Рассмотрены существующие пути их решения.Список источников литературыМ.П. Петров, С.И. Степанов, А.В. Хоменко. Фоточув- ствительные электрооптические среды в голографии и оптической обработке информации Л., Наука, 1983.Н. Мотт, Р. Герни. Электронные процессы в ионных кристаллах М., ИЛ, 1950.С. Зи Физика полупроводниковых приборов М., Мир, 1971.А.Г. Роках Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Учебное пособие по курсам «Фотоэлектрические явления в полупроводниках» и «Фотоэлектрические явления в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах»Б.И. Резников Распределение электрического поля в высокоомных полупроводниковых МПМ структурах, освещаемых немонохроматическим светом // Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 7.Лысенко А. П., Голубятников В. А., Григорьев Ф. И., Строганкова Н. И., Шадов М. Б., Белов А. Г. Применение подсветки контактов для измерений проводимости высокоомных полупроводников // Приборы и техника эксперимента. 2014. № 3. С. 93-96.Avanesyan V. T., Bordovskii G. A., Potachov S. A. Photodielectric effect. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics, John Wiley & Sons, Inc., 2001. Avanesyan V. T., Bordovskii G. A., Potachov S. A. Dielectric characterization of the lone pair oxide structure // J. of Non-Crystalline Solids. 2002. V. 305, № 1–3. P.136–139.Петров М. П, Степанов С. И, Трофимов Г. С, Соколов И. АСпособ измерения фотопроводимости высокоомных полупроводников Патент номер: 1493022.Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводни- ках. М., 1963. 494 с. Роуз А. Основы теории фотопроводимости. М.: Мир, 1966. 192 с. Бордовский Г.А. Новые полупроводниковые материалы с по- зиционно-неупорядоченной кристаллической решеткой // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 4. С. 106–113.Вавилов B.C., Ухин Н.A. Радиационные эффекты в полупро- водниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969. 311 с. Вайсберг С.Э. Радиационные эффекты в свойствах полиме- ров: Автореф. докт. дис. М.: НИФХИ, 1972. 30 с.Бородовский Г.А. Рентгенопроводимость высокоомных полупроводников. // Соросовский образовательный журнал, том 7, №3, 2001.Л.А. Бовина, В.И. Стафеев. Физика соединений AIIBVI М., Наука, 1986 с. 246.