Мета роботи: Визначення дифузійної довжини і часу життя неосновних носіїв заряду. Визначення дифузійної довжини засноване на вимірі просторового розподілу концентрації нерівноважних носіїв порушених світлом.
Вимірювання проводяться на зразках кремнію з досить малою концентрацією легуючої домішки при кімнатній температурі.
Дифузійна довжина неосновних носіїв заряду.
Є напівпровідник n-типу провідності (n0 >> p0), товщина якого значно менше його довжини. Частина зразка (-l
Рис.1. Схематичне зображення вимірюваного зразка
У слабких електричних полях виконується умоваквазінейтральності np і розподіл концентрації надлишкових носіїв може бути знайдено в результаті рішення рівняння біполярної дифузії. У стаціонарному стані (dp / dt = 0) для неосвітленій області напівпровідника n-типу провідності маємо:
Таким чином, в області тіні по обидві сторони від освітленій області зразка концентрація надлишкових носіїв заряду спадає за експоненціальним законом з постійними спаду L1 і L2. За відсутності електричного поля (LE = 0), коли має місце тільки дифузія носіїв заряду, експоненціальне спад концентрації носіїв заряду визначається лише величиною LD = (Dp ) 1/2. яка називається дифузійної довжиною неосновних носіїв заряду (в даному випадку - дірок). Дифузійна довжина є середня відстань, яке носії заряду проходять під дією дифузії за час життя, тобто до моменту рекомбінації.
При наявності електричного поля з напруженістю E постійні спаду L1 і L2 відрізняються від дифузійної довжини LD і в залежності від напрямку електричного поля можуть бути більше або менше LD.
В
Ріс.2..Распределеніе нерівноважних носіїв уздовж зразка
Для визначення дифузійної довжини LD треба виміряти розподіл концентрації нерівноважних носіїв заряду вздовж напівпровідникового зразка. Можна, однак, вимірювати надмірну концентрацію n (x) або p (x). а будь-яку пропорційну їй величину, тобто виконати відносні вимірювання надлишкової концентрації. Для цього можна використовувати будівник контакт, який являє собою p-n перехід з розмірами Lk < Для виділення тієї частини струму колектора, яка зобов'язана дійшли до нього нерівновагим носіям, застосовується модульоване в часі (імпульсна) освітлення напівпровідника. Тривалість і частота проходження імпульсів підбираються так, щоб концентрація нерівноважних носіїв досягала, по-перше, сталого значення протягом імпульсу освітлення, а, по-друге, встигала спадати до нуля в інтервалі між двома сусідніми імпульсами. Обидва цих умови виконуються, якщо тривалість імпульсу і інтервал між двома сусідніми імпульсами в кілька разів перевищують середній час життя неосновних носіїв в напівпровіднику. Після експериментального підбору тривалості імпульсів і періоду їх слідування можна виміряти амплітуду модульованої частини струму через колекторний контакт (тобто амплітуду напруги на з'єднаному послідовно з p-n переходом вимірювальному опорі Rизм). Судження про розподіл нерівноважних носіїв заряду за межами освітленій області зразка можна отримати, вимірявши залежність амплітуди імпульсу напруги на опорі RізмU від відстані межу колекторним p-n переходом і краєм освітленій області x. Виміряна напруга U пропорційно концентрації нерівноважних носіїв заряду поблизу колекторного контакту. З рівнянь (6) і (8) при E = 0 випливає, що
Схожі статті