Лабораторна Робота № 84. 2

ВИЗНАЧЕННЯ ШИРИНИ ЗАБОРОНЕНОЇ ЗОНИ НАПІВПРОВІДНИКА ОПТИЧНИМ МЕТОДОМ

МЕТА РОБОТИ: вивчити особливості поглинання світла напівпровідниками та його пояснення на основі зонної теорії.

ЗАВДАННЯ: 1) побудувати спектральну залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі α=f(λ); 2) визначити ширину забороненої зони сульфіду кадмію та порівняти її з табличним значенням.

ПРИЛАДИ І ОБЛАДНАННЯ: експериментальна установка, показана на рис. 11.1, складається із: 1 – монохроматора УМ-2; 2 – досліджуваного зразка (плівка CdS); 3 – джерела світла; 4 – мікроамперметра; 5 – джерела живлення; 6 – фотоприймача (фоторезистор ФСК-Г1).

1 – монохроматор УМ-2; 2 – досліджуваний зразок (плівка CdS);

3 – джерело світла; 4 – мікроамперметр; 5 – джерело живлення;

6 – фотоприймач (фоторезистор ФСК-Г1).

Рисунок 11.1

11.1 Теорія

При падінні пучка світла інтенсивністю на поверхню кристалу частина його відбивається, частина поглинається і частина пропускається. Зрозуміло, що . Відношення відповідних інтенсивностей до інтенсивності падаючого променя дають коефіцієнти: відбивання , поглинання і пропускання . Всі ці коефіцієнти залежать від довжини хвилі.

Рисунок 11.2

Для напівпровідників залежність коефіцієнта поглинання α від довжини хвилі λ в рамках зонної теорії просто пояснюється енергетичними міркуваннями. При поглинанні світла електроном енергія кванта передається йому повністю. Енергія електрона зростає, що на енергетичній зонній діаграмі (рис. 11.2) відображається переходами 1–3 на більш високі енергетичні рівні. Перехід 1 – власне (фундаментальне) поглинання, 2, 3 – домішкове поглинання (відповідно донорне і акцепторне). Такі переходи можливі тільки тоді, коли енергія фотона не менша відповідного енергетичного інтервалу: ΔE_g, E_Д, E_A. В противному разі поглинання не відбувається. Отже необхідною умовою поглинання є співвідношення для фундаментального поглинання і , або для домішкового. Типова спектральна залежність коефіцієнта поглинання для напівпровідників зображена на рис. 11.3.

Рисунок 11.3

Тут – довгохвильова межа фундаментального поглинання, , або – довгохвильова межа домішкового поглинання.

Довгохвильова межа поглинання – це така довжина хвилі, при якій випромінювання з більшою, ніж це значення довжини хвилі вже не поглинається. Таким чином, визначивши експериментально довгохвильову межу фундаментального поглинання, можна знайти ширину забороненої зони

, (11.1)

де – це максимальна довжина хвилі в спектрі поглинання, тобто випромінювання с довжиною хвилі більшою ніж не поглинається.

Слід зауважити, що домішкове поглинання можливе тільки при порівняно низьких температурах, коли атоми домішки ще не іонізовані за рахунок теплової енергії.

Дата добавления: 2015-10-29