Фотоэлектрические свойства тонких пленок сульфида свинца
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?роводимости. Считается, что акцепторные состояния в окисных фазах образованы кислородом. Токоперенос в рассматриваемой модели осуществляется дырками, движущимися вдоль поверхности кристаллитов. При освещении пленки генерируемые в объеме кристаллитов электроны и дырки диффундируют к поверхности кристаллитов, где они пространственно разделяются электрическим полем, образованным заряженными поверхностными состояниями. Фотоэлектроны скапливаются на краю квазинейтрального объема кристаллитов с приповерхностной областью пространственного заряда, закрепленного на МЗГ, а фотодырки - непосредственно на поверхности кристаллитов. Благодаря пространственному разделению фотоносителей разного знака время их жизни значительно возрастает по сравнению с объемным. Соответствующим образом возрастает и фототок, который обусловлен движением фотодырок по инверсионным каналам вдоль поверхности кристаллитов.
В рамках данной работы авторы [6-9] предложили классификацию пленок в зависимости от соотношений между энергиями активации темновой проводимости E?, холловской концентрации дырок Ер, холловской подвижности Е, удельной фотопроводимости Е?? и постоянной времени спада фототока Е?. Все исследованные образцы разбивались на три группы [8].
Для первой группы пленок (рекомбинация происходит в результате термического возбуждения электронов с уровней МЗГ с дырками в объеме кристаллитов) экспериментально установлены следующие соотношения:
где Eg0 - ширина запрещенной зоны PbS при Т=0, равная 0.29 эВ. Эту группу пленок принято называть Р-группой.
Ко второй группе относятся пленки (рекомбинация происходит в результате перехода электронов через барьер на поверхности кристаллита с дырками, локализованными на МЗГ), для которых выполняются соотношения:
Кроме того, для этих пленок время жизни фотодырок на уровнях прилипания меньше времени жизни фотодырок в объеме ?з < ?. Такие пленки образуют G-rpynny.
И, наконец, для третьей группы (рекомбинация происходит в результате возбуждения фотодырок с МЗГ с электронами в объеме кристаллитов) имеем:
Эти пленки принято называть пленками Eg -группы.
Для количественного объяснения вышеуказанных соотношений, а также установления аналитических зависимостей и расчета проводимости и фотопроводимости пленок PbS в работе [7] такие пленки представляли в виде двумерной структуры, состоящей из периодически чередующихся кристаллитов и прослоек между ними. Фрагмент такой периодической структуры представлен на рис. 1.2 (туннельно прозрачные прослойки на рисунке не указаны).
Области 1 на рис. 1.2 - это квазинейтральные области кристаллитов, имеющих n-тип проводимости, а области 2, 3 соответствуют инверсионным каналам на поверхности кристаллитов, по которым осуществляется проводимость. Область 4 - это область пересечения двух проводящих каналов, которую мы будем называть "узлом". Внешнее смещение считается приложенным таким образом, что ток течет вдоль области 2 поперек области 3. Величина изгиба зон ?s+ на поверхности кристаллитов в области 4 больше, чем поверхностный изгиб зон в областях 2 и 3. Соответственно поверхностная концентрация дырок ps+ в "узле" больше поверхностной концентрации дырок ps? в областях 2 и 3. В результате удельная проводимость приведенного на рис. 1.2 фрагмента определяется концентрацией дырок в области 2 и равна:
Где р- подвижность дырок в монокристаллическом PbS, а
эффективная ширина проводящих инверсионных каналов на поверхности кристаллитов, а - ширина области пространственного заряда (ОПЗ), nv - концентрация электронов в объеме кристаллитов, L -размер кристаллитов.
Рис 1.2. Фрагмент периодической структуры пленки сульфида свинца в модели Осипова - Неустроева (пояснения к обозначениям в тексте).
При освещении пленки происходит уменьшение ширины ОПЗ на поверхности кристаллитов на величину ?а и уменьшение поверхностных изгибов зон в проводящих каналах и "узлах" на величины ?s? и ?s+ соответственно, что вызывает изменение величины холловской подвижности:
Поскольку в фоточувствительных слоях PbS обычно выполняется неравенство:
(?s+ - ?s?) ? 2 k T(1.10)
то в подавляющем большинстве случаев часть фотодырок скапливается в узлах, а подавляющая часть фотоэлектронов - вблизи границ узлов с квазинейтральными областями кристаллитов. Вследствие этого
уменьшение абсолютной величины энергии активации холловской подвижности при освещении. В модели Шоттки слоя ?s+ и ?а связаны следующим соотношением:
В результате из (1.12) следует, что при освещении пленки происходит увеличение эффективной холловской подвижности, и, с точностью до членов, для которых выполняется неравенство (??s? k T)/(2 ??s+ ?s?) << 1, определяется формулой:
В дальнейшем эта формула и использовалась ими при рассмотрении фотопроводимости поликристаллических пленок сульфида свинца PbS.
Существенное влияние на физические и фотоэлектрические свойства сульфида свинца оказывает содержание в них кислорода либо какого-либо другого окислителя. В модели Неустроева - Осипова изменение концентрации образованных кислородом ПС должно приводить к строго определенному видоизменению соотношений между энергиями активации различных параметров. Известно, что содержание кислорода в фоточувствительных поликрис