ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ЗАПИРАЮЩЕМ СЛОЕ

Цель работы. Изучение физических явлений, лежащих в основе работы полупроводникового фотоэлемента с запирающим слоем, определение зависимости фототока от освещенности, снятие кривой спектральной чувствительности фотоэлемента и оценка ширины запрещённой зоны полупроводника.

Введение

Основу большинства фотоприемников, используемых в современных оптоэлектронных приборах, составляют диодные структуры. Их основное достоинство - простота устройства, что позволяет достигнуть оптимального сочетания физических и конструктивных параметров прибора и удобства в освоении новых материалов. Поскольку при решении последней задачи, если не всегда удается получить не только транзистор с удовлетворительными характеристиками, но и просто р—п переход, то предпочтение отдается барьеру, возникающему при контакте металла с полупроводником (барьеру типа Шоттки). Изготовление барьеров Шоттки основано на приемах стандартной технологии, причем особенно важно, что большинство способов изготовления контактов металл - полупроводник являются низкотемпературными.

Устройство селенового фотоэлемента, изучаемого в настоящей работе, представлено на рис. 1. Стальная подложка 1 покрыта слоем 2 - 3 селена, на который нанесен тонкий полупрозрачный слой золота 4. Область селена обеднена основными носителями и является запирающим слоем. Стальная подложка и слой золота являются электродами фотоэлемента. Селеновый слой и электроды наносятся путем испарения. Толщина слоя селена 0,1 мм, толщина полупрозрачного золотого электрода 0,01 мкм. Поверх золотой пленки наносят антиотражающее покрытие из сернистого цинка 5. Это покрытие вызывает интерференционное гашение лучей, отраженных от его поверхности и границы с золотом. Селеновые фотоэлементы с запирающим слоем представляют собой приборы с большим выходным напряжением (до 500 мВ), удовлетворительным КПД (до 1%) и областью максимальной чувствительности в середине видимой части спектра, что делает их наиболее пригодными для цветной и других видов фотометрии. Известно их широкое применение в современных фотоэкспонометрах, что связано с близостью их спектральной характеристики к кри вой чувствительности глаза человека.

Барьер типа Шоттки

Этот потенциальный барьер образуется при контакте металла с полупроводником, в частности, золота с се­леном. Допустим, что между металлом и дырочным полупроводником создан надежный контакт (рис. 2). На рисунке: Е_С-энергия “дна” свободной зоны, Е_В - энергия “потолка” валентной зоны; F_М, F_П - уровни Ферми металла и полупроводника, А_М, А_П - работы выхода электрона из металла и полупроводника.

Если уровень Ферми изолированного металла F_М лежит выше уровня Ферми полупроводника F_П, - т. е.А_М < А_П, то в первый момент их соприкосновения поток электронов из металла превышает поток электронов из полупроводника.

Металл заряжается положительно, а полупроводник отрицательно, и возникшее между контактирующими образцами электрическое поле будет препятствовать переходу электронов из металла в полупроводник. Процесс идет до тех пор, пока уровни Ферми с обеих сторон не совпадут, и не установится динамическое равновесие. Контактная разность потенциалов ( ), возникающая между металлом и полупроводником, определяется из разности работ выхода

и практически полностью падает в приконтактной области полупроводника. Напряженность электрического поля в приповерхностном слое полупроводника, вызванного контактной разностью потенциалов, искривит его зоны энергии относительно уровня Ферми книзу. Поэтому вблизи контакта число электронов в свободной зоне увеличивается, а число дырок в валентной зоне убывает. Это означает, что в дырочном полупроводнике возникнет запирающий слой (слой с обеднённой концентрацией дырок).