Фотоэлектрические свойства тонких пленок сульфида свинца
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ок определяется самим каналом и описывается законом Ома.
Обнаружение сверхлинейного участка на ВАХ в области малых напряжений, за который ответственно туннелирование дырок сквозь межкристаллитные прослойки, может служить экспериментальным подтверждением предположения в модели Неустроева-Осипова о туннельно-прозрачных для дырок окисных фазах [9].
В области низких напряжений (0 - 50В) зависимость темнового и фототока от напряжения соответствует закону Ома. Вальтамперные характеристики, измеренные на относительно низкоомных образцах, показывают, что линейная зависимость темнового тока приложенного напряжения становится сверхлинейной в области больших напряжений. (рис.3.2)
Линейный участок ВАХ фототока в области тех же приложенных напряжений сменяется на сублинейную зависимость (рис.3.3). таким образом, полученные экспериментальные результаты обнаруживают корреляцию между началом сверхлинейного возрастания темнового тока и началом гашения фототока. Полученные зависимости могут быть непротиворечиво объяснены, если предположить, что протекание тока в исследуемых образцах приводит к выделению Ленц-Джоулева тепла, приводящего к увеличению температуры пленки. В этом случае начало области отрицательной проводимости наблюдается в диапазоне температур, в котором дополнительный разогрев приводит к температурному гашению фотопроводимости. В пленках сульфида свинца разогрев осуществляется темновым током, который более чем на порядок превышает величину фототока. Поэтому отмеченные особенности ВАХ наблюдались только в пленках с высокой темновой проводимостью, а в высокоомных образцах темновой ток не обеспечивает необходимую мощность разогрева, ВАХ темнового тока линейны и подчиняются закону Ома.
Для образцов, полученных физическими методами, в нашем случае методом вакуумного испарения, которые подверглись отжигу на воздухе с целью повышения их фоточувствительности, предложенная выше модель не может объяснить наблюдаемые особенности ВАХ этих пленок, так как они более высокоомны чем образцы, полученных химическими методами. Отжиг физических слоев на воздухе при высоких температурах приводит к увеличению толщины оксидной фазы, её сопротивление с ростом толщины становится преобладающим и основное падение напряжения происходит на межкристаллитных прослойках, расположенных перпендикулярно направлению протекания тока. Увеличение приложенного напряжения приводит к возрастанию прозрачности барьера для электронов, а следовательно и к экспоненциальому возрастанию величины электронной составляющей тока. Это подтверждается уменьшением времени жизни дырок на участке ОДП. При превышении туннельным электронным током омического дырочного темнового тока на ВАХ образуется сверхлинейный участок, а на зависимоcти фототока от напряжения, вследствие увеличения темпа рекомбинации, появляется участок ОДП.
Сверхлинейная зависимость темнового тока от приложенного напряжения, по нашему мнению, объясняется следующим образом. При малых напряжениях (25 - 50 В) протекание тока обусловлено дрейфом дырок во внешнем электрическом поле вдоль инверсионных каналов у поверхности кристаллитов. По мере увеличения приложенного напряжения возрастает напряженность электрического поля в образце [8], и, начиная с некоторого "критического" значения туннельный ток электронов сквозь окисный барьер на межзеренной границе становится сравнимым с током дырок, идущих вдоль инверсионных каналов. Таким образом, суммарный ток в образце равен [12] :
J=JP+JT,
где JT - туннельный ток электронов сквозь барьер на МЗГ,
JP - дырочный ток вдоль инверсионных каналов.
При увеличении приложенного напряжения возрастает прозрачность барьера D, а следовательно, и туннельный ток JT. При напряжениях смещения порядка 25 - 50 В туннельная составляющая общего тока становится существенной, что приводит к сверхлинейной зависимости вольтамперной характеристики.
Таким образом, наблюдаемые особенности ВАХ пленок сульфида свинца обусловлены либо выделением Ленц-Джоулева тепла в условиях температурного гашения фотопроводимости [16] (для образцов полученных химическими методами), либо туннельными процессами в межкристаллитных прослойках (для физически полученных слоев)
Ниже приведены вольтамперные характеристики тонких пленок сульфида свинца, которые получены различными методами.
Рис. 3.2. Вольтамперные характеристики темнового тока (1 -пленки, полученные методом вакуумного испарения, 2 - пленки, полученные методом пульверизации, 3 - пленки, полученные химическим осаждением)
Рис.3.3 Вольтамперные характеристики фототока (1 - пленки, полученные методом вакуумного испарения, 2 - пленки, полученные методом пульверизации, 3 - пленки, полученные химическим осаждением)
.2 Температурные зависимости образцов PbS
Нами были получены результаты измерений тока, протекающего в образце, от температуры пленки. Для этого исследуемый образец охлаждался азотом до низких температур, примерно 60 К. измеренные значения изображены в графическом представлении Ln I - 103/T. На графике мы видим экспоненциальную зависимость от температуры.
Из-за различной толщины оксидных фаз в образцах, полученных химическим и физическим методом, мы можем наблюдать различные механизмы токопереноса, описанные ранее. Этот же факт отражает и температурная зависимость.
Температурные зависимости темнового тока (Рис. 3.5) и фототока (Рис.3.6) исследуем