Фотоэлектрические свойства тонких пленок сульфида свинца
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
°боратории Н. С. Хлебникова и в ВЭИ им. В. Ленина в лаборатории К. А. Юматова. [5]
Большинство вышеперечисленных практических приложений ИК-фотоприемников сопряжено с использованием для преобразования информационных сигналов сложных электрических схем. В связи с этим, дальнейшим шагом в развитии и усовершенствовании указанных ИК-фотоприемников является создание такой технологии, в процессе которой электрические схемы усиления, коммутации и обработки сигналов и ИК-фоточувствительная пленка были бы совмещены на единой подложке. Достоинствомтакихфотоприемниковявляетсявысокая фоточувствительность, хорошая технологичность, легкая совместимость с внешними электрическими цепями коммутации и обработки сигнала, дешевизна изготовления, а также способность работать при комнатных температурах без специального криостатного охлаждения.
Целью данной работы является исследование фотоэлектрических свойств тонких пленок сульфида свинца, а также возможная оценка свойств полученных образцов в зависимости от времени хранения их на воздухе.
Глава 1. Основные модели токопереноса и фоточувствительности поликристаллических пленок сульфида свинца
Известно, что характер поведения электропроводности и фотопроводимости поликристаллических полупроводниковых пленок может существенно отличаться от их поведения в монокристаллах. Во многом это объясняется структурными особенностями тонких слоев, важнейшей из которых является наличие межзеренных границ (МЗГ). В зависимости от типа этих границ и характера их взаимодействия с собственными дефектами и легирующими примесями свойства полупроводниковых материалов могут отличаться необычайно резко. Применительно к пленкам сульфида свинца за время изучения их электрических и фотоэлектрических свойств сложилось несколько подходов и моделей, описывающих поведение электропроводности и фотопроводимости этих пленок. Рассмотрим основные положения этих гипотез.
.1 Модель электростатического потенциального барьера
В зависимости от соотношения ширины барьера lб и длины пробега свободного носителя l возможно развитие двух подходов к построению модели токопереноса через межзеренную границу, а именно диффузионный (llб). Следует также учитывать, что в сильно легированных материалах необходимо рассматривать дополнительный вклад в ток, обусловленный туннелированием носителей через границу.
а) В диффузном приближении плотность тока J через поликристаллическую структуру может быть записана в виде:
(1.1)
где п - концентрация свободных носителей заряда в объеме кристаллитов, V1и V2 - высоты барьеров на отрицательно (х0) смещенных сторонах границы, соответственно, а Е1 и Е2 -напряженности электрического поля при х > 0? и х > 0+, соответственно.
Из формулы (1.1) можно вывести следующее выражение для проводимости G0 в условиях нулевого напряжения смещения:
(1.2)
Где - напряженность поля при х=0, V0 - равновесная высота барьера.
б) В соответствии с моделью термоэлектронной эмиссии, МЗГ пересекают лишь те носители, кинетическая энергия которых больше, чем высота барьера. Результирующий ток J сквозь границу пропорционален разности потоков электронов, пересекающих её слева направо и справа налево и обычно записывается в виде:
(1.3)
где Eg - ширина запрещённой зоны полупроводника, Ef - уровень Ферми в объёме зёрен, А - эффективная постоянная Ричардсона.
Из формулы (1.2) в условиях нулевого смещения получаем формулу для проводимости:
(1.4)
Здесь - средняя тепловая скорость носителей, а m* - их эффективная масса.
Нетрудно заметить, что для обеих моделей плотность тока имеет активационную зависимость от температуры, причем энергия активации зависит от высоты потенциального барьера.
Рис. 1.1. Зависимость величины электростатического потенциала V от координаты Х вблизи МЗГ.
Фотопроводимость тонких слоев PbS описывается обычно в рамках барьерных и концентрационных моделей. В барьерных моделях, учитывающих неоднородность потенциального рельефа, предполагается, что накопление фотоносителей происходит на барьерных емкостях, которые после прекращения действия подсветки разряжаются, тем самым восстанавливая исходные высоты барьеров на МЗГ. В концентрационных моделях пленок фактически пренебрегают неоднородностью потенциала, а высокую фоточувствительность слоев объясняют существованием различных концентраций рекомбинационных и ловушечных уровней, которые связываются с кислородом, равномерно заполняющим объемы кристаллитов. В [6] указывается на то, что барьерные модели являются более физичными, хотя и более сложными с точки зрения аналитических оценок. Несмотря на это, авторы [7] в разработке теории фотопроводимости PbS [6-9], придерживаются барьерной модели, в рамках которой сумели установить ряд важных соотношений между параметрами поликристаллических слоев.
.2 Модель Осипова - Неустроева
Согласно этой модели, фоточувствительные пленки сульфида свинца состоят из кристаллитов n-типа проводимости, окруженных окисными фазами, которые благодаря их малой толщине считаются туннельно прозрачными. В процессе роста пленки часть электронов из объема кристаллитов захватываются на расположенные в окисных фазах акцепторные состояния, в результате чего у поверхности кристаллитов происходит инверсия типа ?/p>