Фотоэлектрические свойства нитрида алюминия (стр. 4 из 10)

Блок-схема установки для измерения спектральной зависимости проводимости нитрида алюминия показана на рис. 2.3. Схема состоит из следующих элементов:

· И — источник излучения;

· Л1, Л2 — фокусирующие линзы;

· Ф — светофильтр;

· Щ — входная и выходная щели;

· 1 — монохроматор МДР-2, обратная линейная дисперсия 2 нм/мм;

· 2 — образец, помещенный в измерительную головку;

· 3 — вольтметр-электрометр В7-30;

· 4 — самописец.

Рисунок 2.3. Блок-схема установки для измерения спектральных характеристик.

Источником излучения, которое после некоторых преобразований попадает на образец, служит водородная лампа ДВС-25.

Для проектирования излучения на щель монохроматора служит двухлинзовый конденсатор с фокусным расстоянием 106 мм и световым диаметром 52 мм.

У входа и выхода монохроматора расположены соответственно входная и выходная щели, находящиеся на одной прямой. Щели монохроматора симметричные, с переменной шириной раскрытия в пределах от 0 до 4 мм с точностью до 0.01 мм. Перед образцом стоит линза для направленной фокусировки монохроматического света на образец.

2.4. Измерение зависимости фотопроводимости от интенсивности падающего излучения.

Экспериментальная установка для исследования зависимости фотопроводимости нитрида алюминия от интенсивности падающего излучения была собрана на основе вольтметра типа В7-30 и датчика мощности падающего излучения. Интенсивность падающего излучения варьировалась путем изменения расстояния от водородной лампы до измерительной головки с образцом.

Схема установки приведена на рисунке. 2.4.1., где

· 1 — источник излучения (водородная лампа ДВС-25);

· 2 — светофильтр БС-7;

· 3-- измерительная головка с образцом;

· 4 — линейка с делениями.

Для градуировки мощности падающего излучения была собрана установка, состоящая из датчика мощности падающего излучения и вольтметра типа Ф18. Излучение, пройдя через светофильтр, фиксировалось датчиком и вольтметром. Интенсивность излучения также регулировалась путем изменения расстояния между лампой и датчиком. Градуировочная таблица приведена ниже. Мощность излучения вычислялась по градуировочной формуле:

Рисунок 2.4.1. Схема установки для измерения зависимости фотопроводимости нитрида алюминия от интенсивности падающего излучения.

1 – источник ультрафиолетового излучения; 2 –светофильтр БС-7; 3 – измерительная головка с образцами; 4 – линейка.

Чтобы определить мощность излучения, которое создает фотопроводимость нитрида алюминия, измерения были проведены для двух случаев — при наличии фильтра и без него. Интенсивность излучения была рассчитана как их разность.

Таблица 2.4.1. Градуировочная таблица для снятия зависимости фотопроводимости нитрида алюминия от интенсивности падающего излучения.

Расстояние от источника излучения, L, см	Показания вольтметра при наличии светофильтра U1, мкв	Показания вольтметра без светофильтра U2, мкв	Интегральная мощность излучения, (без светофильтра) мкВт	Мощность излучения, со светофильтром мкВт
0	42	24	33,6	19,2
2.3	13	6	10,4	4,8
4.1	6.5	3.8	5,2	3,04
6.4	2.6	1.6	2,08	1,28
8.5	1.4	0.4	1,12	0,32
10.7	0.5	0.1	0,4	0,08
12.9	0.1	0.02	0,08	0,016
14.9	0.04	0	0,032	0
17	0.02	0	0,016	0
18.8	0	0	0	0

ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Вольт-амперные характеристики.

3.1.1. Темновая вольт-амперная характеристика

Темновая вольт-амперная характеристика нитрида алюминия была получена с помощью установки, описанной в главе 2. Напряжение изменялось в диапазоне от 0 до 100 В. Результаты для двух полярностей приложенного напряжения приведены в таблицах 3.1.1.1. и 3.1.1.2.

Как видно из графиков (рис. 3.1.1.1. и 3.1.1.2.), темновая вольт-амперная характеристика линейна, лишь при малых напряжениях наблюдается некоторая нелинейность, что объясняется поликристаллической структурой образца нитрида алюминия.

Из угла наклона прямого участка ВАХ можно рассчитать темновую проводимость образца AlN, а учитывая геометрию образца, можно рассчитать удельную проводимость.

, где

l – длина образца; R_Т – темновое сопротивление, рассчитанное из вольт-амперной характеристики ; D – ширина и h – толщина пленки нитрида алюминия.

Исходя из этих данных, можно определить удельную проводимость образцов.

Зная удельную проводимость материала и подвижность носителей заряда, можно рассчитать концентрацию носителей заряда в образце.

, где

n – концентрация носителей заряда в материале; m_n – подвижность электронов. Согласно литературным данным, подвижность

[6].

Из результатов исследований видно, что удельная проводимость исследуемых образцов практически однородна по площади, и незначительно изменяется от образца к образцу, что указывает на хорошую воспроизводимость технологии.

Линейность вольт-амперных характеристик при больших напряжениях, а также тот факт, что они практически совпадают при изменении полярности прикладываемого напряжения, говорит о том, что алюминиевые контакты, нанесенные на поверхность образцов можно считать омическими.

Таблица 3.1.1. Результаты измерений темновых вольт-амперных характеристик образцов нитрида алюминия

Образцы	Сопротивление Ом	Удельная проводимость, ом-1 м-1	Концентрация носителей, м-3
Образец №1	4.47 1014	0.26 10-8	0.116 1014
Образец №2	6.19 1013	0.27 10-7	0.11 1014
Образец №3	6.81 1013	0.243 10-8	0.1 1014

Рисунок 3.1.1.1. Темновая вольт-амперная характеристика образца нитрида алюминия (образец №1) при различных полярностях приложенного напряжения.

Рисунок 3.1.1.2. Темновая вольт-амперная характеристика образца нитрида алюминия (образец №2).

3.1.2. Вольт-амперные характеристики нитрида алюминия при освещенности

Вольт-амперные характеристики нитрида алюминия при освещенности снимались при помощи установки, описанной в главе 2. Результаты измерений приведены в таблицах 3.1.2.1. и 3.1.2.2. Измерения проводились при мощности падающего излучения – 21.4 мкВт

Сравнивая темновую ВАХ образца и ВАХ при полной освещенности, мы можем определить:

* фотопроводимость материала;

* коэффициент умножения фототока;

* концентрацию неравновесных носителей заряда.

Фотопроводимость нитрида алюминия при освещении рассчитывается также как и его темновая проводимость, только вместо темнового сопротивления R_т, в формулу для расчета подставляется сопротивление при освещенности R_св. Кратность изменения сопротивления определяется как отношение темнового сопротивления образца к его сопротивлению при освещении.