РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Для вивчення фотоелектричних властивостей такої неоднорідної системи, якою є
гетероструктури з SiGe наноострівцями, найбільш оптимальним є комплексний
підхід. По-перше такий підхід передбачає визначення компонентного складу та
деформацій методом спектроскопії КРС та дослідження геометричних розмірів
наноострівців методом АСМ. По-друге – проведення моделювання впливу
компонентного складу, деформацій та геометричних розмірів наноострівців на
можливі оптичні переходи в таких структурах. По-третє – безпосередньо
дослідження фотоелектричних властивостей зразків з SiGe наноострівцями. Відомо,
що дослідження спектральних залежностей фотопровідності та фото-ЕРС є дієвим
засобом вивчення нерівноважних процесів та встановлення енергетичних схем
напівпровідників. Проте в такій складній системі, якою є структури з
наноострівцями, такі дослідження мають зміст лише в тому випадку, коли відомим
є компонентний склад наноострівців та деформації. Тому, для реалізації завдань
роботи в повному обсязі та отримання вірогідних результатів необхідно провести
наступні експерименти:
провести дослідження топограм поверхонь зразків з відкритими наноострівцями
методом АСМ;
провести спектральні дослідження КРС зразків з SiGe наноострівцями. Зі спектрів
КРС для кожного окремого зразка визначити компонентний склад наноострівців та
деформації;
провести спектральні дослідження ФП та фото-ЕРС зразків з SiGe наноострівцями,
які виготовлені при різних умовах;
дослідити вплив компонентного складу та деформацій на форму спектрального
розподілу ФП та фото-ЕРС;
дослідити вплив термічного відпалу зразків з SiGe наноострівцями на форму
спектральних розподілів ФП та фото-ЕРС.
2.1. Вимірювання спектрів ФП та фото-ЕРС зразків з SiGe наноострівцями
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 в якості неселективного приймача світла використовувався
піроелектричний фотодетектор з попереднім підсилювачем на базі операційного
підсилювача. Модульоване випромінювання від джерела фокусувалось на вхідній
щілині за допомогою освітлювальної системи. Монохроматор побудований за
автоколімаційною схемою. Світло з вихідної щілини потрапляло на сферичне
дзеркало 3, яке проектувало зображення вихідної щілини на приймач
випромінювання. Сигнал з піроелектричного приймача підсилювався попереднім
підсилювачем 6 та подавався на вхід блока основного підсилювача із синхронним
детектором 7, з виходу якого він потрапляв на цифровий мілівольтметр 8 та
реєструвався з допомогою персонального комп’ютера 9.
Для реєстрації зміни струму зразок включався у електричну схему подільника
напруги 5 (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 6.
При вимірах ФП за джерело напруги застосовувався акумулятор (U = 12 В) з
подільником напруги. З подільника змінний сигнал із частотою 9 Гц (частота
модуляції світлового потоку перед вхідною щілиною монохроматора) підсилювався
попереднім підсилювачем 6 із коефіцієнтом підсилення К = 100 та потрапляв на
вхід основного підсилювача із синхронним детектором 7 (див. рис. 2.1), з виходу
якого потрапляв на цифровий мілівольтметр 8 та реєструвався за допомогою
персонального комп’ютера 9.
При дослідженнях спектральних залежностей ФП та фото-ЕРС при низьких
температурах досліджуваний зразок розміщувався у вакуумній камері кріостату 12.
Зразок закріплювався на холодопроводі кріостату за допомогою термопласти КПТ-8.
Температура досліджуваних зразків контролювалась з допомогою
мідь-константанової термопари 10, закріпленої на холодопроводі кріостата.
Сигнал з термопари контролювався з допомогою мілівольтметра 11.
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 – піроелектричного фотодетектора записувався
спектр джерела світла, тобто розподіл інтенсивності на виході монохроматора
Іпіро(n), який пропорційний до кількості квантів світла N та енергії hn. Для
приведення сигналу ФП до сталої кількості квантів збуджувального світла його
необхідно поділити на величину Іпіро/hn.
Слід зазначити, що процедура приведення спектрального розподілу ФП (фото-ЕРС)
до сталої кількості квантів є коректною лише у випадку, коли величина
вимірюваного 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 з SiGe наноострівцями
При дослідженні таких фотоелектричних властивостей напівпровідників, як ФП та
фото-ЕРС, особливі вимоги висуваються до контактів [69, 70]. 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.
Для дослідження поздовжньої ФП на поверхні з епітаксіальними шарами формувалися
два точкові контакти діаметром 1 мм на відстан
- Київ+380960830922