Метод измерения

В работе использован частотный метод измерения времени жизни. Он основан на анализе инерционности процессов нарастания и спада избыточной концентрации носителей заряда, связанной с конечным значением их времени жизни. При возбуждении носителей заряда светом, интенсивность которого меняется во времени, фотопроводимость и фототок образца также меняются, не с некоторым запозданием.

Пусть полупроводник освещается импульсом света прямоугольной формы (рис. 4, а). Стационарное значение фотопроводимости достигается не мгновенно, а через некоторое время после начала освещения (рис. 4, б). При выключении света, неравновесная проводимость исчезнет так же через некоторое время после прекращения освещения. Концентрация при этом убывает по закону (12).

Рисунок 4 – Релаксация фотопроводимости (б) при возбуждении ее импульсом света (а)

По такому же закону происходит и спад фотопроводимости (кривая ВС на рисунке 4)

, (35)

где - стационарная (установившаяся) фотопроводимость в условиях постоянной освещенности фоторезистора.

Участок нарастания фотопроводимости (кривая ОВ) описывается уравнением

. (36)

Касательная, проведенная к кривой в начале координат, отсекает на прямой отрезок АВ, численно равный .

Следовательно, по кривой релаксации (рисунок 4) можно определить время релаксации , которое при низком уровне возбуждения и отсутствии ловушек можно рассматривать как время жизни носителя заряда. Анализ осциллограммы кривой релаксации лежит в основе метода затухания фотопроводимости.

При непрерывной подаче световых импульсов появляются новые возможности для измерения времени жизни носителей заряда. При возбуждении носителей заряда светом, интенсивность которого изменяется во времени, например, по синусоидальному закону, фотопроводимость и фототок образца изменяются согласно закону изменения интенсивности света, но с некоторым запаздыванием, т.е. возникает сдвиг фаз между световым возбуждением и фототоком. При этом сдвиг фаз зависит от объемного времени жизни носителей заряда и скорости поверхностной рекомбинации. Измеряя сдвиг фаз, можно определить время жизни носителя заряда в образце.

При увеличении частоты модуляции света начинает проявляться частотная зависимость фототока. Амплитуда фототока связана с временем жизни носителей заряда, и его можно найти по зависимости амплитуды фототока от частоты модуляции света. На исследовании зависимости амплитуды переменной составляющей фототока от частоты модуляции света основан частотный метод определения времени жизни носителей заряда.

При малой частотной модуляции, когда выполняется условие , амплитуда переменной составляющей фототока достигает максимального значения . Можно показать, что отношение фототока при достаточно большой частоте модуляции к фототоку при описывается соотношением

. (37)

Если принять , где - граничная частота фоторезистора, то из (28) получим

(38)

и для вычисления по (38) достаточно определить частоту модуляции , при которой отношение амплитуд импульсов равно 0,71.