Способ измерения фотопроводимости высокоомных полупроводников

 

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников. Цель изобретения повысить чувствительность способа. Согласно изобретению исследуемый восокоомный полупроводник освещают интерференционной картиной, сформированной опорным и фазомодулированным сигнальным пучками света. Причем фазовую модуляцию осуществляют на двух частотах f и f₁ а величину частоты f₁ выбирают из условия где τd_i время, диэлектрической релаксации освещенного образца, τ время жизни фотоиндуцированных носителей тока, что обеспечивает большое значение регистрируемого на частоте f выходного сигнала к шуму. Величину фотопроводимости рассчитывают по характерной частоте "среза" зависимости выходного сигнала от частоты и диффузионной длине переноса фотоиндуцированных носителей тока, определяемой из зависимости амплитуды выходного сигнала от пространственной частоты интерференционной картины. 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике и может быть использовано для определения фотопроводящих свойств высокоомных полупроводников. Цель изобретения повышение чувствительности способа. На фиг. 1 представлена схема устройства для определения электрофизических параметров высокоомных полупроводников; на фиг. 2 представлены зависимости амплитуды выходного сигнала I₁^f1, регистрируемого на частоте f₁, от пространственной частоты К интерференционной картины для кристаллов силиката висмута B₁₂SiO₂₀ и германата висмута Bi₁₂GeO₂₀; на фиг. 3 показаны зависимости амплитуды помехи Δ^f, при которой сигнал I₁^f1 ослабляется в раз, от частоты f для кристаллов Bi₁₂SiO₂₀ и Bi₁₂GeO₂₀. В устройство, схема которого представлена на фиг. 1, входят следующие элементы: источник 1 когерентного излучения (лазер), светоделительная пластинка 2 для деления исходного пучка на два: опорный и сигнальный зеркала 3, 4, предназначенные для формирования картины интерференции сигнального и опорного пучков света на поверхность фотопроводника с требуемой ориентацией и пространственной частотой, элемент 5, осуществляющий фазовую модуляцию сигнального пучка света, фотоприемника 6, выполненный в поперечной геометрии, нагрузочное сопротивление 7, селективный усилитель 8. На фиг. 2 кривая 9 соответствует зависимости I^f1 от К для кристалла Bi₁₂SiO₂₀, кривая 10 для Bi₁₂GeO₂₀. На фиг. 3 кривая 11 соответствует зависимости Δ^f от f для кристалла Bi₁₂SiO₂₀, кривая 12 для Bi₁₂GeO₂₀. П р и м е р. Изобретение реализуют с помощью устройства, схема которого показана на фиг. 1. Пучок когерентного света от источника 1 когерентного излучения направляют в интерферометр, который состоит из светоделительной пластинки 2 и зеркал 3, 4. В сигнальном плече интерферометра происходит фазовая модуляция светового пучка на зеркале 4 с частотой f и f₁, выбираемой из соотношения 10(2)^-1≲ f ≲ 0,1(2πτ)^-1 где τ_d1 время диэлектрической релаксации исследуемого освещенного образца; τ время жизни фотоиндуцированных носителей тока. Фазовая модуляция затем преобразуется в колебания интерференционной картины в месте пересечения сигнальной и опорной волн. Сформированной интерференционной картиной освещают фотоприемник 6. Электрический сигнал снимают на частоте f₁ с нагрузочного сопротивления 7, включенного последовательно с фотопроводником. Фотопроводимость σ_ф высокоомных полупроводников определяют в соответствии с формулой σ_ф2 πεε_o f_o(1+K²L²_D), (1) где εε_o статическая диэлектрическая проницаемость образца; L_D средняя диффузионная длина переноса фотоиндуцированных носителей тока; f_o характерная частота "среза" зависимости Δ^f от f, соответствующая перегибу на экспериментальной кривой. Величину L_D определяют из зависимости I^f1 от К по пространственной частоте максимум сигнала: L_D=K^-1_o. В качестве исследуемого полупроводника выбирают высокоомный Bi₁₂SiO₂₀. Кристалл Bi₁₂SiO₂₀ имеет размеры 1 х 10 х x0,5 мм³. Электроды, с которых снимают искомый электрический сигнал, наносят пастой из мелкодисперсного серебра на боковые грани. Измерения проводят на длине волны гелий-кадмиевого лазера ( λ442 нм), фазовая модуляция света осуществляется подачей на мембрану телефонной головки ТА-4 с прикрепленным к ней зеркалом синусоидального напряжения частот f и f₁:f=10 Гц 10 кГц, f₁=1 кГц от генераторов Г6-26 и Г3-112/1 соответственно. Выходной электрический сигнал I^f1 на частоте f₁ регистрируют стандартным селективным усилителем У2-8. Для данного высокоомного фотопроводника зависимость I^f1 от пространственной частоты К (кривая 9) имеет точку максимума, которая соответствует средней диффузионной длине переноса фотоэлектронов L_D= K^-1_o=2 мкм. Для этой пространственной частоты К_о измеряют зависимость амплитуды помехи Δ_0,7^f, при которой сигнал I^f1 ослабляется в раз, от ее частоты f (кривая 11), из положения точки перегиба на которой в соответствии с формулой (1) фотопроводимость Bi₁₂SiO₂₀ для средней интенсивности света L_o=0,1 мВт мм^-2 была оценена величиной σ_ф2 ^. 10^-6 (Ом ^. м)^-1. Отношение сигнал/шум по мощности при этом составили ≈ 40 дБ. В качестве другого фотоприемника выбирают образец Bi₁₂GeO₂ размерами 3 х 4 х 0,5 мм³. Для него на зависимости I^f1 от К (кривая 10) положение точки максимума соответствует средней диффузионной длине переноса фотоэлектронов L_D= K^-1_o= 3 мкм. Для данной пространственной частоты Ко измеряют зависимость амплитуды помехи Δ_0,7^f от частоты помехи f (кривая 12), из положения точки перегиба на которой в соответствии с формулой (1) фотопроводимость Bi₁₂GeO₂₀ для средней интенсивности света I_o=0,1 мВт ^. мм^-2 оценивается величиной σ_ф9 ^. 10^-8 (Ом ^. м) при отношении сигнал/шум по мощности ≈ 30 дБ. По сравнению со способом-прототипом изобретение значительно расширяет класс исследуемых полупроводников и позволяет измерять фотопроводимость полупроводниковых кристаллов с характерными временами релаксации 10^-1 с и ниже. Кроме того, изобретение отличается от способа-прототипа простотой регистрации выходного электрического сигнала на постоянной частоте f₁, в результате чего нет необходимости перестраивать полосу селективного усилителя синхронно с изменением частоты фазовой модуляции f. Изобретение может быть использовано не только для измерения фотопроводимости высокоомных кубических нецентросимметричных полупроводников, приведенных в качестве примеров, но и для любых других классов высокоомных фотопроводящих полупроводников.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФОТОПРОВОДИМОСТИ ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий облучение исследуемого образца интерферирующими опорным и фазомодулированным сигнальным пучками света, регистрацию выходного электрического сигнала, по которому рассчитывают величину фотоприводимости исследуемого образца, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, осуществляют дополнительную фазовую модуляцию сигнального пучка света с частотой F₁, выбираемой из соотношения где время диэлектрической релаксации исследуемого освещенного образца; τ время жизни фотоиндуцированных носителей тока, причем регистрацию выходного сигнала осуществляют на частоте F₁.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3