Диссертация (Морфология и электрофизические свойства фоточувствительных слоев на основе PbS), страница 8

В качественагрузочногосопротивленияиспользуетсямагазинсопротивлений,позволяющий выбирать сопротивление нагрузки до 3 МОм.Изменение проводимости ФЧС фиксируется как изменение напряжения(тока) на нагрузочном сопротивлении (Rн), включенном последовательно сФЧС. Rн обычно выбирается равным или большим, чем темновоесопротивление ФЧС. По полученным данным рассчитывались удельнаяобнаружительная способность D* и вольтовая чувствительность SU.462.1.3. Установка для снятия спектра плотности мощности шумаДля получения частотного спектра мощности шума в используемойустановкеиспользуетсяметоддискретныхизмеренийшумовогоаналогового сигнала с последующей математической обработкой поалгоритму быстрого преобразования Фурье [87]. Блок схема установкиприведена на рисунке 2.4.VсмещНановольтметр Unipan 273RTRнПлата АЦПкомпьютераУсилитель-фильтр У7-1ОсциллографРисунок 2.4 – Структурная схема установки для снятия СПМШИсследуемые ФЧС помещались в заземленный металлический стакан,который позволяет создать требуемую температуру фона и обеспечитьэкранировку от внешних наводок.

Сигнал усиливается нановольтметромUnipan 273, который работает в широкополосном режиме с диапазономчастот 0,3105 Гц, затем сигнал поступает на широкополосный усилитель У71 с дискретно регулируемым коэффициентом усиления и узкополоснымфильтром с частотами среза 10, 102, 103, 104, 105 Гц. Этот усилительпредназначен для подавления высших гармоник шумового сигнала приисследованиях с различными временами дискретизации и подавлениягармоник 50 Гц наводки сети.Усиленный и отфильтрованный сигнал поступает на 12-ти разрядныйпоследовательный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) компьютера,имеющий полосу пропускания 0-250 кГц и рассчитанный на напряжениясигнала до 7 В, которое контролируется осциллографом.47Процесс измерения заключается в последовательной регистрации изапоминании 2N шумовых сигналов через интервал времени Т.

Отсчетывремени и соответствующие напряжения, регистрируемые АЦП.2.1.4. Установка для исследования спектральных характеристикСтруктурнаясхемаустановкидляизмеренияспектровфотопроводимости представлена на рисунке 2.5.ПеремещаемоезеркалоИКС-21Усилительfр = 9 ГцМонохроматорФотодиодМодуляторБолометрТП (ХК)КриостатUnipan-237УЧ-28П1В7-38БатареясмещенияДвухкоординатныйсамописец “Эндим”RнФотосигналОпорный сигналФазовыйдетекторС1-96Рисунок 2.5 – Структурная схема установки для измерения спектровфотопроводимостиВ качестве источника излучения при исследованииФЧС былиспользован глобар. Между блоком источника излучения и монохроматоромИКС-21 помещен модулятор, который обеспечивает частоту прерывания 1кГц дополнительно к собственному модулятору ИКС-21, имеющему частоту9 Гц.

Смещение на ФЧС подается от блока батарей. После модулятора, рядомс входным окном монохроматора, помещен фотодиод, который генерируетопорный сигнал, усиливающийся У4-28 и подающийся на фазовый детектор.Температура столика криостата, на котором размещается образец,измеряется термопарой хромель-копель и вольтметром В7-38. При записиспектра источника излучение разлагается в спектр в монохроматоре ифокусируется на приемнике, которым служит чувствительный висмутовый48болометр. Сигнал с болометра поступает на двухкоординатный самописец.Излучение,модулированноепоамплитудеоднимизиспользуемыхмодуляторов (частотой 9 Гц или 1 кГц), падает на монохроматор, которыйавтоматически изменяет длину волны.

Отсчет длины волны производится повращающемуся барабану с нанесенными на него делениями.2.2. Термообработка исследуемых фоточувствительных слоевДля исследования влияния повышенных температур на сопротивлениеФЧС использовалась установка, схематическое изображение которойприведено на рисунке 2.6.Рисунок 2.6 – Приспособление для контролируемогоотжига ФЧС:1 – нагреватель, 2 – прижимающие цилиндры,3 – керамические трубки, 4 – терморезостор,5 – электрическая плитка,6 – колпак,7 – трубка для напуска воздухаОна включает массивную плиту (1) из нержавеющей стали диаметром 12см и толщиной 1 см, которая помещена на электрический нагреватель (5),питаемый от ЛАТР-2. Электрический нагреватель позволяет нагревать плитудо 600оС. В плите сделан паз, в который помещается платиновыйтерморезистор для контроля температуры. Плита накрывается колпаком (6)из нержавеющей стали, в который через специальную трубку (7) можетнапускатьсявоздух.Использовалиськонтакты,прижимающиесяподдействием силы тяжести цилиндров (2), скользящих по направляющим.

Дляточечных контактов к образцам использовалась проволока из платины,вставленная в керамические трубки (3).Нагрев осуществляется со средней скоростью ≈12 К/мин, при подаче нанагреватель напряжения 170 В до 350 оС. Охлаждение происходит привыключении питания под действием окружающего воздуха. Контрольсопротивления ФЧЭ производился при помощи вольтметра В7–38.49Непрерывный контроль сопротивления ФЧС осуществляется принагреве, в процессе отжига и при медленном охлаждении до комнатнойтемпературы.2.3.

Исследование морфологии и структуры ФЧС2.3.1. Электронная и ионная микроскопияЭлектронный микроскоп – прибор для наблюдения и фотографированиямногократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, в которомвместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных добольших энергий (30-100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума.Растровая электронная микроскопия (РЭМ) основана на использованиипредварительно сформированного тонкого электронного луча (зонда),положением которого управляют с помощью электромагнитных полей.Под воздействием электронов пучка происходит ряд процессов,характерных для данного материала и его структуры: рассеяние первичныхэлектронов,испускание(эмиссия)вторичныхэлектронов,появлениеэлектронов, прошедших сквозь объект (в случае тонких объектов),возникновение характеристического излучения.

На рисунке 2.7 изображенасхема взаимодействия электронного пучка с веществом.ЭлектронныйпучокКолоннаЭлектроныОбратно рассеяныеэлектроныРентгеновские лучиФотоныОбразец1 – 2мкмРисунок 2.7 – Взаимодействие электронного пучка с веществом50В растровой электронной микроскопии синхронно с разверткойэлектронного зонда осуществляется построение изображения на мониторекомпьютера (яркость пикселя на мониторе пропорциональна величинерегистрируемого сигнала). Например, в случае работы РЭМ в режимеиндикации тока вторичных электронов, величина вторичного электронноготока определяет глубину модуляции яркости на мониторе компьютера.Разрешающаяспособностьрастровыхэлектронныхмикроскоповопределяется диаметром электронного зонда и материалом образца.

Согласнокритерию Рэлея разрешение повышается при использовании излучения сболее короткой длиной волны (вследствие наличия дифракционного пределаразрешения).Ионная микроскопия.При анализе процессов взаимодействия ионов с поверхностью твердоготела различают два основных механизма: соударения с электронами исоударения с ядрами.Ионный пучок, ударяясь о поверхность образца, вызывает эмиссиювторичных электронов и ионов. В отличие от растрового электронногомикроскопа происходит испускание вторичных ионов, атомов и целыхкластеров.

Взаимодействие сфокусированного ионного луча с поверхностьютвердого тела показано на рисунке 2.8.ПучокположителдьныхионовИоннаяколонна-Ионы-АтомыЭлектроныРентгеновские лучиКластерыФотоныИоны+100 – 200AОбразецРисунок 2.8 – Взаимодействие ионного луча с поверхностью твердого тела51Качество изображения определяют три взаимодействующих междусобой величины – разрешение, контраст и отношение сигнал-шум.

Чтобысформировать изображение хорошего качества необходимо, чтобы все этивеличины имели высокие значения.Под разрешением понимается возможность пространственно различитьдва объекта. В этом определении также подразумевается наличие заметнойразницы в контрасте между объектами и пространством между ними, ихорошего соотношения сигнал-шум.Для ФИП-системы существует несколько принципиальных ограничений.На разрешение изображения влияют не только абберации колонны, яркостьисточника и т.д., но и необходимость поиска оптимального значениякоэффициентаполученияинформации(главнымобразомвторичныхэлектронов), при котором распыление образца будет минимально. Скоростьраспыления объектов на поверхности зависит как от самого образца, так и отвида первичных ионов. Коэффициент распыленияY(распыленныеатомы/первичные ионы) зависит от передачи импульса первичных ионов иэнергии атомам мишени, таким образом, должны учитываться и массапервичных ионов и распыленных частиц и энергия сублимации мишени.2.3.2.

Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопииЗондовая Нанолаборатория (ЗНЛ), создана для решения широкогоспектра задач в области сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ),предусматривает возможность изучения физических и химических свойствповерхности образца с большой точностью и высоким разрешением.НаноЛаборатория ИНТЕГРА Прима производства компании NT – MDT(Зеленоград), изображенная на рисунке 2.9, поддерживает все основныеметодики атомно-силовой микроскопии (АСМ) и сканирующей туннельноймикроскопии (СТМ). На рисунке 2.10 приведена схема расположения52основных узлов ЗНЛ ИНТЕГРА, а общий вид базового блока представлен нарисунке 2.11.ЧастьобразцовисследоваласьвРязанскомгосударственномрадиотехническом университете на сканирующем зондовом микроскопеSolver PRO-M (NT-MDT), общий вид которого представлен на рисунке 2.12.СЗМ Solver PRO-M предназначен для исследования поверхности твердых телв воздушной и жидкой средах с нанометровым/ангстремным разрешениемкак в плоскости образца, так и по высоте.Рисунок 2.9 – Зондовая НаноЛаборатория ИНТЕГРА1 – базовый блок; 2 – измерительная головка; 3 – система виброизоляции; 4 – системавидеонаблюдения; 5 – система управленияРисунок 2.10 – Схема расположения основных узлов прибора53Рисунок 2.11 – Основные элементы базового блока1 – сменное основание; 2 – ручка механизма подвода; 3 – датчик температуры ивлажности;4 – ЖК-дисплей; 5 – штуцерыРисунок 2.12 – Общий вид микроскопа Solver PRO-MПриисследованияхнасканирующихзондовыхмикроскопахреализовывались следующие методы исследования поверхности:1.