Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Матеріали мехатронних пристроїв", страница 16

− отримати у викладача індивідуальне завдання і допуск до виконання роботи;

− засвоїти методику визначення спектральних характеристик напівпровідникових матеріалів.

Дослідження залежності вимірювання чуттєвості напівпровідника (відношення максимального фототоку до фототоку на даній довжині хвилі 1ф._так/1ф. *) при вимірі довжини хвилі падаючого на нього випромінювання.

Фізична сутність проблеми. Напівпровідниками називаються речовини, які займають за проміжним спротивом проміжне положення між провідниками і діелектриками (при кімнатній температурі   Омм), проміжна електропровідність яких дуже залежить від виду і концентрації домішок.

Характерною особливістю напівпровідників є сильна їхня залежність від зовнішніх енергетичних впливів (світла, тепла, впливу частин високих енергій, механічних навантажень електричних і магнітних полів).

Для напівпровідників характерним є також (на відміну від металів) наявність негативного температурного коефіцієнту проміжного спротиву ТК (позитивного температурного коефіцієнту проміжної прохідності ТК) у великому інтервалі температур.

Оптичні явища в напівпровідниках. При дії оптичного випромінювання на напівпровідник внаслідок відображення і сприйняття ним світла, інтенсивність падаючого на нього монохроматичного випромінювання зменшується до деякої величини. Відповідно до закону Бугера-Ламберта:

                              I=I°-(l-R)-exp(-ax),                              (5.1)

де  R – коефіцієнт відображення;

       х – відстань від поверхні напівпровідника до даної точки впродовж променя;

       – коефіцієнт (показник) поглинання речовини.   

Величина  дорівнює товщині пласту речовини, при проходженні через який інтенсивність світла зменшується в е раз. Поглинання світла напівпровідником може бути пов’язане з різними процесами: збудженням електронів із валентної зони в зону прохідності, зміною коливальної енергії атомів решітки та ін. Кожному із цих процесів буде відповідати поглинання світла напівпровідником у визначеній області спектру.

Якщо поглинання світла напівпровідником обумовлено переходами електронів із валентної зони в зону прохідності за рахунок енергії кванта випромінювання, то поглинання називають власним.

Тому взаємодія електронів із полем випромінювання супроводжується переходами. Якщо при цьому утворюються тільки такі переходи, при яких хвильовий вектор електрона зберігається, то вони називаються вертикальними, або прямими оптичними переходами.

Виконати аналогічні дії для положення перевимикача "Довжина хвилі" 3,4,5,6,7,8 провідності здійснюється лише за участю фотона.

Переходи, в яких поряд із поглинанням фотонів частина енергії перехода поповнюється за рахунок енергії кристалічної решітки, або навпаки, віддається кристалічній решітці, отримали назву непрямих оптичних переходів.

Дивлячись на різну природу отримання енергії електронами для здійснення непрямого оптичного переходу електрона із валентної зони в зону прохідності, то можна зробити висновок, що потрібна енергія менша, ніж для прямого переходу.

У більшості напівпровідників при дії на нього електромагнітного випромінювання видимого участку оптичного спектру спостерігається утворення переходів, але для ряду речовин (напівпровідників) за рахунок поглинання кванта світла можливе таке збудження електрона, яке не супроводжується переходом його в зону прохідності, а утворюється зв’язна система електрон-дирка. Ця система може переміщатися лише в межах кристалу і являє собою єдине ціле. Таку систему називають екситоном. Її рух являє собою рух збудженого стану.