РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Для вивчення фотоелектричних властивостей такої неоднорідної системи, якою є поруватий кремній, найбільш оптимальним є комплексний підхід. З одного боку такий підхід передбачає проведення моделювання впливу внутрішнього електричного поля, пов'язаного з неоднорідністю ПК, на протікання нерівноважних процесів, а з іншого боку - безпосередньо дослідження властивостей ПК. Відомо, що дієвим засобом вивчення нерівноважних процесів та встановлення енергетичних схем напівпровідників є дослідження спектральних залежностей фотопровідності, фото-ЕРС, фотомагнітного ефекту та фотолюмінесценції. Зокрема, спектральні характеристики фотомагнітного ефекту є чутливими до наявності внутрішніх електричних полів, а дослідження спектрів фотопровідності та фото-ЕРС найбільш придатні для встановлення енергетичної структури напівпровідників та змін величини потоків нерівноважних носіїв заряду. Тому, для реалізації завдань роботи в повному обсязі та отримання достовірних результатів необхідно провести наступні експерименти:
1) дослідити вплив неоднорідної деформації монокристалічного кремнію на форму спектрального розподілу ФП;
2) провести спектральні дослідження ФП, фото-ЕРС та ФЛ зразків ПК, які виготовлені при різних умовах та проаналізувати можливі кореляції між отриманими розподілами для кожного конкретного зразка;
3) дослідити спектральний розподіл ФМЕ структури ПК/ c-Si;
2.1. Вимірювання спектрів ФП та фото-ЕРС зразків c-Si та ПК
2.1.1. Експериментальна установка для дослідження ФП та фото-ЕРС. Схема експериментальної установки подана на рис. 2.1. За основу взято інфрачервоний прилад ИКС-12. Для визначення розподілу інтенсивності на виході монохроматора використовувався неселективний приймач світла - болометр, який вмонтовано в прилад. Спектральний розподіл квантів на виході монохроматора визначався також за допомогою стандартного кремнієвого фотодіода ФД-7К із відомою спектральною чутливістю. При цьому, форма спектральних розподілів квантів, отриманих зазначеними способами, збігалася. Модульоване випромінювання від джерела фокусувалось на вхідній щілині за допомогою освітлювальної системи. Монохроматор побудований за автоколімаційною схемою. Світло з вихідної щілини, відбиваючись від плоского дзеркала 10, потрапляло на сферичне дзеркало 11, яке проектувало зображення вихідної щілини на приймач випромінювання. Сигнал з болометра підсилювався попереднім підсилювачем 3 та подавався на вхід блока основного підсилювача із синхронним детектором 4, з виходу якого він потрапляв на самописний потенціометр 5.
При проведенні вимірів ФП поворотне дзеркало відсувалося вбік, і пучок світла спрямовувався на досліджуваний зразок за допомогою сферичного дзеркала 12. Для реєстрації зміни струму зразок включався у подільник (рис. 2.2). Опір навантаження підбирався рівним опору досліджуваного зразка, чим забезпечувалась умова максимальної чутливості. При спостереженні фото-ЕРС сигнал із досліджуваного зразка подавався прямо на вхід попереднього підсилювача.
При вимірах ФП за джерело напруги застосовувались акумулятори із U = 1.5; 3; 4.5; 9 та 12 В. Для зменшення наводок зразок разом з опором навантаження розміщувався у металевому корпусі попереднього підсилювача. З подільника змінний сигнал із частотою 9 Гц (частота модуляції світлового потоку перед вхідною щілиною монохроматора) підсилювався попереднім підсилювачем із коефіцієнтом підсилення К=50 та потрапляв на вхід основного підсилювача із синхронним детектором 6 (див. рис. 2.1), з виходу якого - на самописний потенціометр.
1. Монохроматор8. Лампа розжарювання2. Болометр9. Попередній підсилювач3. Попередній підсилювач10. Поворотне дзеркало4. Основний підсилювач 11. Сферичне дзеркало5. Самописний потенціометр12. Сферичне дзеркало6. Підсилювач із синхронним детектором13. Зразок7. Освітлювальна система
Рис.2.1. Структурна схема установки для дослідження спектрів ФП.
Рис.2.2. Схема увімкнення зразка.
2.1.2. Обробка спектрів ФП та фото-ЕРС. Для отримання коректних спектрів ФП необхідно врахувати спектральний розподіл інтенсивності на виході монохроматора, тобто привести спектр ФП до сталої кількості квантів збуджувального випромінювання. З цією метою за допомогою неселективного приймача світла - болометра записувався спектр джерела світла, тобто розподіл інтенсивності на виході монохроматора Ібол(?), який пропорційний до кількості квантів світла N та енергії h?. Для приведення сигналу ФП до сталої кількості квантів збуджуючого світла його необхідно поділити на величину Ібол/h?.
У випадку, коли для калібрування використовувався фотодіод із відомою спектральною чутливістю розподіл квантів світла на виході монохроматора визначався за формулою , де - величина фотостуму, виміряна на досліді. Слід зазначити, що процедура приведення спектрального розподілу ФП (фото-ЕРС) до сталої кількості квантів є коректною лише у випадку, коли величина виміряного сигналу лінійно залежить від інтенсивності збуджувального випромінювання. Для усіх досліджуваних зразків інтенсивність підбиралась такою, щоб забезпечити лінійну залежність в усій спектральній області.
2.1.3. Методика нанесення контактів до зразків c-Si та ПК. При дослідженні таких фотоелектричних властивостей напівпровідників, як ФП та фото-ЕРС, особливі вимоги висуваються до контактів [45,46]. В ідеальному випадку контакт має бути омічним, тобто мати лінійну та симетричну ВАХ, при цьому в області поблизу контакту концентрації електронів та дірок мають відповідати рівноважним значенням. На практиці такий ідеальний контакт може бути отриманий лише з деяким наближенням. У випадку контакту до монокристалічного кремнію (особливо із n-типом провідності) використовувався сплав золота із n-Si 0.002 Ом?см. Перед нанесенням контактів зразок нагрівався до температури Т = 370 ?С (температура евтектики сплаву Au - Si). Після цього в області на поверхні зразка діаметром ~ 1 мм наносився сплав, який переходив у рідк