Определение коэффициента поглощения полупроводника

Если однородную поглощенную среду осветить пучком монохроматического излучения, то вследствие поглощения интенсивность его уменьшится. Если на образец толщиной падает свет интенсивностью , то интенсивность прошедшего через него излучения может быть определена из соотношения, известного под названием закона Ламберта-Бугера:

(1.16)

где - коэффициент поглощения

Этот закон справедлив только для строго монохроматического излучения, перпендикулярно падающего к поверхности исследуемого вещества и не испытывающего отражения. Отклонение от этого закона может быть вызвано также и неоднородностью поглощающей среды и недостаточной параллельностью пучка излучения.

Согласно выражению 1.16, определение коэффициента поглощения полупроводника практически сводится к измерению пропускаемости или оптической плотности для данной длины волны излучения:

(1.17)

Графическое изображение зависимости коэффициента поглощения исследуемого вещества от длины волны падающего излучения называют спектром поглощения. Длину волны обычно выражают в ангстремах или микронах. Для определения коэффициента поглощения полупроводника поступают следующим образом. Пучок света определенной длины волны, вырезаемой щелью монохроматора, направляется на образец полупроводника. Образец полупроводника располагается таким образом, чтобы параллельный пучок излучения входил и выходил перпендикулярно к его поверхностям. Вычисление относительной интенсивности производятся по данным показаний гальванометра, который включен последовательно с фотоэлементом, являющимся приемником излучения. Положим, что без образца пучок света с интенсивностью и длинной волны возбуждает в цепи фотоэлемента ток , при наличии образца гальванометр показывает ток .

Тогда при условии линейности люксамперной характеристики фотоэлемента

(1.18)

 

Рисунок 9 – Зависимость от температуры для кремния

2. Порядок выполнения работы:

1. Собрать измерительную установку в соответствии с рисунком 8.

2. Проградуировать монохроматор, как это написано выше.На основании данной градуировки вычислять по формуле (1.15).

3. Подать на лампу накаливания напряжение 200 В, контролируемое вольтметром PV. Установить фотоприемник (фотодиод ФД7К) к выходной щели S2 монохроматора подложку прозрачной частью в боковую щель S3.

4. Вращать барабан монохроматора в пределах его диапазона с шагом по φ 50 . При каждом значении угла поворота барабана с помощью амперметра PI измерять ток фотодиода.

5. Установить в боковую щель монохроматора подложку с кремниевой пластиной и снять зависимость фототока j диода в соответствии с п. 4.

6. Найти значение энергии по формуле:

7. Коэффициент поглощения α вычислять по формуле (1.17).

Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1.

Таблица 1 – Спектральная зависимость коэффициента поглощения

Результаты измерений	Результаты расчетов
	j0, мкА	j, мкА	, мкм	, эВ	, см -1

8. Построить графики зависимостей (), , , и сравнить их со справочными данными.

 

 

3. Контрольные вопросы:

1. Что такое собственное или фундаментальное поглощение? Каковы

типы оптических переходов?

2. Чем определяется плотность состояний электронов в разрешенной

зоне?

3. Чем различаются спектры поглощения для разрешенных и

запрещенных прямых межзонных переходов?

4. Метод определения спектра поглощения полупроводника по спектру

его пропускания.

5. Методика определения ширины запрещенной зоны полупроводника по спектру поглощения.