Диссертация (1090210), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.7 – Спектральная характеристика абсолютной токовой чувствительности кристаллов типа Iа [25].В некоторых частных случаях эта корреляция может быть найдена экспериментально, например, как взаимосвязь коэффициентов поглощения αf, αi токовой чувствительности Sf и Si и концентрации А-дефектов в кристаллах с«двухцветными» спектральными характеристиками, т.е.
с двумя максимумамифототока – вблизи 220 и 260 нм (см. рисунок 1.7, кривая 3). Отношение концентраций фотоносителей при собственной (nf) и примесной (ni) фотопроводимости составляетn f / ni ~ α f S f / α i S i(1.6)(индекс f отвечает максимуму фототока вблизи края фундаментального погло-щения (220 нм), индекс i – максимуму фототока на длине волны 250 – 270 нм).Концентрации фотоносителей связаны с концентрацией А-дефектов [25] какα f ~ N A−2 .(1.7)Таким образом, фотоактивное поглощение на длине волны 220 нмα f ~ N A2пропорционально квадрату концентрации А-центров.(1.8)311.6 Некоторые особенности фотопроводимости алмаза IIa типа связанныесо структурой запрещенной зоны.Как ранее отмечалось в п.1.4, плотность примесных энергетических состояний в запрещенной зоне связанных с различными видами азотных дефектов[25,33] всего в 100 – 1000 раз меньше, чем плотность состояний в валентной зо-не или в зоне проводимости. В связи с этим структура запрещенной зоны приобретает вид, представленный на рисунке 1.8.Рис.
1.8 – Структура запрещенной зоны алмаза IIa типа.Из-за такой сложной структуры возникает эффект «квазидвухфотоного»поглощения. Это когда фотон одной длины волны переводит носитель зарядана ловушку в запрещенной зоне, а другой фотон переводит его в зону проводимости. Причём каждый из этих двух фотонов имеет энергию меньшую, чемширина запрещенной зоны. Внешне это выражается как «очувствление» алмазного материала к излучению с энергией фотона меньшей ширины запрещеннойзоны [40].Так, как азотные ловушки располагаются довольно глубоко в запрещеннойзоне, то время релаксации может составлять десятки часов. Что позволяет разделить во времени процесс «накачки» ловушек носителями зарядов от процессаих использования для детектирования длинноволнового излучения.
Авторы[40] накачивали эти ловушки мощным лазерным излучением (250 Мвт/см2) сдлинной волны 266 нм в течение некоторого времени (˃1 c), а чувствительность к лазерному источнику излучения с длинной волны 480 нм сохранялась в32течение двух суток. Эта особенность алмазных материалов может оказыватькак негативное влияние на параметры алмазных приборов, например в фотометрии, снижая точность измерений, или там где требуется работа в солнечнослепой области спектра, так и позитивное [43, 43]. Открытым оставался такжевопрос, о мощности источника «накачки».
Все исследования по «очувствлению» алмазных материалов [40] были выполнены с помощью лазера. Будет личувствовать алмаз маломощный, некогерентный источник света было неизвестно. В связи с этим, был поставлен следующий эксперимент.Объект экспериментаВ качестве объекта эксперимента были выбраны две алмазные пластины сразным содержанием примеси азота.
Пластина №470/1 с размерами –2,87х2,32х0,32 мм и содержанием азота 3,61⋅1019 атомов/ см3, и пластина№562/1 с размерами – 3,19х2,49х0,31 мм и содержанием азота 9,02⋅1018 атомов/см3.Из этих пластинок были изготовлены две структуры, чертёж которыхпредставлен на рисунке 1.9Рис. 1.9 – Фоточувствительная структура на алмазе: 1 – полупрозрачный слойплатины; 2 – алмазная пластина; 3 – алюминиевый контакт.Экспериментальная установкаЭкспериментальная установка (рисунок 1.10) работала следующим образом. УФ излучение с дейтериевой лампы 1, направляется конденсором 2 в монохроматор 3, где фильтруется и направляется на чувствительную алмазную33структуру 4, сигнал с фоточувствительной структуры усиливается предусилителем 8 и подаётся на микровольтметр 9.Рис.
1.10 – Экспериментальная установка: 1 – дейтериевая лампа, 2 – конденсор, 3 – монохроматор, 4 – исследуемый образец, 5 – лампа накаливания, 6 –диафрагма, 7 – светофильтр, 8 – предусидлитель, 9 – микровольтметр.Меняя настройки монохроматора можно получить зависимость фототокаот длины волны, то есть снимать спектральные характеристики алмазнойструктуры. Кроме того, установка позволяет с помощью лампочки накаливания5, через диафрагму 6 и светофильтр 7 подсвечивать алмазную структуру широ-кополосным (см. рисунок 1.11) некогерентным излучением.Рис. 1.11 – Спектр вольфрамовой лампы накаливания 2700 ºК.34ЭкспериментАлмазные структуры (рисунок 1.9) помещали в установку (рисунок 1.10),на них подавалось смещение -100 В, затем их кратковременно засвечиваливольфрамовой лампой накаливания. УФ источник излучения при этом не использовался. Как и следовало ожидать, облучение лампой накаливания алмазных структур не привело к появлению фототока, т.к.
спектр лампы накаливания(рисунок 1.11) лежит правее границы фоточувствительности алмаза IIa типа(см. рисунок 1.6).Долговременное облучение лампой накаливания в течение нескольких суток также не привело к появлению фототока. Вероятно, скорость релаксацииносителей заряда с примесных уровней равна скорости их генерации с помощью лампы накаливания.Затем в установке (рисунок 1.10) была включена дейтериевая лампа и былисняты спектральные характеристики алмазных структур без подсветки лампойнакаливания и с подсветкой.
Результаты представлены на рисунке 1.12.На рисунке 1.12 представлена зависимость кратности фотоответа (IФ/Iтем)от длины волны УФ излучения. Из рисунка 1.12 видно, что при дополнительнойзасветке лампой накаливания, фототок значительно вырос. Причём, если у пластины 562/1 из относительно чистого алмаза, почти в два раза вырос фототок впике фоточувствительности и намного меньше в примесной зоне (240 нм – 290нм), то у пластины 470/1 со спектральной характеристикой «переходного» типа[25] фототок в пике фоточувствительности вырос всего на треть, зато в примес-ной области в два с половиной раза. Столь разное поведение спектров фоточувствительности «чистого» и «грязного» алмаза объясняется разным механизмомусиления фототока в пике фоточувствительности и примесной области спектра,а также разной структурой примесных уровней в запрещенной зоне.35Рис. 1.12 – Зависимость кратности фотоответа алмазных структур: 1 – пластина 562/1; 2 – пластина 562/1 с подсветкой вольфрамовой лампой накаливания; 3 – пластина 470/1; 4 – пластина 470/1 с подсветкой вольфрамовой лампойнакаливания.Усиление фотопроводимости в пике чувствительности алмаза происходит,вероятно, из-за того, что носители заряда, которые генерируются УФ излучением в валентную зону или зону проводимости, затем частично захватываютсяпримесными уровнями в запрещенной зоне.
При освещении лампой накаливания часть из них переходит обратно в зону проводимости или валентную зону,создавая дополнительный примесной фототок. Так как спектр излучения лампыочень широкий (см. рисунок 1.11) то и уровни, с которых возможен переход взону проводимости или валентную зону будет достаточно много.В примесной области спектра (240 нм – 290 нм) механизм генерации фототока иной.
Здесь УФ излучение забрасывает носители заряда на уровень в запрещенной зоне, а излучение лампы накаливания перебрасывает эти носителидальше в зону проводимости или валентную зону. В связи с этим становитсяясны различия в спектрах фотопроводимости алмаза IIа типа и алмаза «переходного» типа.36Меньшее усиление фототока в пике фоточувствительности у алмаза «переходного» типа связано, скорее всего, с уменьшением подвижности и временижизни неравновесных носителей заряда [25] из-за большого количества ловушек в запрещенной зоне. В тоже время, из-за того, что этих же ловушек в запрещенной зоне у алмаза IIа типа намного меньше и лежат они глубже, узкийспектральный интервал вырезаемый монохроматором из спектра УФ лампы неможет обеспечить заброс достаточного количества носителей заряда на уровнив запрещенной зоне. То, что уровни в алмазной пластине 562/1 находятся, в основном, глубже в запрещенной зоне косвенно свидетельствует возрастание фотопроводимости в районе 300 – 340 нм.Для выявления влияния на фоточувствительность алмазной структурыуровней находящихся в запрещенной зоне был проведён эксперимент, в котором пластину 470/1 помещали в установку (рисунок 1.10) и снимали спектральную характеристику в УФ области спектра.
В это же время, пластину подсвечивали вольфрамовой лампой накаливания со спектром излучения, приведённымна рисунке 1.11. Между лампой накаливания и алмазной пластиной располагали оптический фильтр с одним из спектров пропускания, который представленна рисунке 1.13.а) Комбинация фильтров СЗС25 и СЗС21б) Фильтры семейства КСРис. 1.13 – Спектры пропускания используемых фильтров по [45]Комбинация фильтров СЗС25 и СЗС21 пропускала видимый свет и отсекала все остальные диапазоны спектра (рисунок 1.13а). А фильтр КС-17 пропус-37кал из излучения лампы накаливания ближнюю ИК область спектра и отрезалвидимую и УФ область спектра.Результат эксперимента представлен на рисунке 1.14Рис.1.14 – Зависимость кратности фотоответа от длины волны образца470/1: 1 – без подсветки лампой накаливания; 2 – подсветка вольфрамовой лам-пой накаливания со светофильтрами СЗС-21 и СЗС-25; 3 – подсветка вольфрамовой лампой накаливания со светофильтрами КС-19; 4 – с подсветкой вольфрамовой лампой накаливания без светофильтров.По усилению фотоответа в примесной зоне спектра можно судить о распределении энергетических уровней в запрещенной зоне.
У алмаза переходноготипа плотность энергетических уровней равномерно размазана по запрещеннойзоне (рисунок 1.8) поэтому усиление фоточувствительности для инфракраснойподсветки и подсветки видимым светом примерно одинаково и пропорционально величине отфильтрованных диапазонов и спектру лампы накаливания.Хотя и есть некоторые отличия в спектрах фоточувствительности с ИК и подсветкой видимым светом в районе 280-380 нм, связанных со структурой запре-38щенной зоны конкретного алмаза. Для более детального исследования структуры запрещенной зоны таким методом, нужно одновременно снимать спектральные характеристики, сканируя монохроматором УФ диапазон и таким жемонохроматором диапазон лампы подсветки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
