Реферати українською » Физика » Фотоелектричні властивості нітриду алюмінію


Реферат Фотоелектричні властивості нітриду алюмінію

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Запровадження

Останніми роками УФ-техника інтенсивно розвивається. Це пов'язано з передусім появою нових технічних ідей, дозволяють поліпшити експлуатаційні характеристики УФ-систем, спростити їх конструкцію й суттєво знизити вартість. Нові ідеї належать до першу чергу до основних елементів приемо-передающей системи -- фотоприемному влаштуванню і випромінювачу.

Після створенням твердотільних формирователей сигналів зображення на видимої і ІК областях спектра многоэлементные приймачі зображення, функціонуючі на засадах, створюються та для УФ-диапазона спектра.


Детектирование світла ультрафіолеті (довжина хвилі менше 400 нм) має широкий діапазон застосувань, як комерційних, і військових, особливо у областях, де потрібно аналіз СФ випромінювання за наявності потужного видимого чи інфрачервоного фону. У комерційному секторі ці застосування містять у собі: датчики полум'я і нагріву, стерилізація до медицини, прилади для виміру биодоз СФ (монітори засмаги), діагностика плазми, моніторинг двигунів. Серед військових застосувань може бути: детекторування слідів від двигунів ракет, наведення ракет, детекторування біологічних і хімічних речовин (основні лінії поглинання лежать у ультрафіолеті), закрита зв'язок між штучними супутниками (СФ промені не проникають крізь озоновий шар земної атмосфери) і системи зв'язки України із підводними човнами. Більшість цих застосувань вимагають використання таких детекторів, стійких сонячного світу; потрібно детектувати лише ультрафіолет й у ідеалі мати нульову чутливість ще довгих хвиль. Наприклад, у польоті ракета може мати вихлопної хвіст у милю. Якщо детектор, використовуваний на допомогу пошуку і наведення антиракеты-перехватчика, буде чутливий у широкій сфері спектра, включаючи видиму і ІК, тоді ракета представляється метою у милю, що унеможливить наведення антиракеты. Проте, якщо детектор буде чутливий лише у ультрафіолеті, він зафіксує лише найбільш гарячі гази, вырывающиеся у хвоста ракети, і наведення буде ідеальним. Так само СФ детектори можна використовувати як датчики протипожежних систем щоб виявити наявності саме полум'я (що має СФ компоненту), а чи не просто нагрітого об'єкта, що може бути пов'язаний, і може і не пов'язані з полум'ям.

Подавить видиме випромінювання можна кількома способами: перший – використовувати світлофільтри, що менше переважно, оскільки вони пропонують здебільшого своєму нестабільні, і друге – створення такої конструкції приладу, що б нечуттєва до видимій ділянці спектра.

Фоторезисторы, попри швидкий прогрес фотоприймачів з p-n переходом, залишаються важливим засобом оптоелектроніки. Передусім це зумовлено великим коефіцієнтом посилення, обумовлених співвідношенням числа електронів, минулих у зовнішній ланцюга до порушених фотоелектронів. Якщо омические контакти фоторезистора безперешкодно пропускають електрони як всередину напівпровідника, що з нього, то коефіцієнт посилення визначається очевидним співвідношенням:

,

де tін – час прольоту електрона через фоторезистор,l – довжина активної області, U – прикладене напруга. Це співвідношення підтверджує перевагу напівпровідників з високими значеннями рухливості і часу життя носіїв заряду. Коефіцієнт посилення фототока пропорційний прикладеному напрузі і може становити 103 – 105.

З погляду застосування фоторезисторов в оптоэлектронной техніці зручніше використовувати не коефіцієнт посилення, а опору в темновом RT і засвеченном RСВ станах. Важливими схемотехническими достоїнствами фоторезисторов є такі їх властивості, як лінійність вольт-амперной характеристики, відсутність ефекту випрямлення і розвитку внутрішніх э.д.с., це важливо багатьом лінійних, прецизійних, электрометрических схем.

В міру зростання прикладываемого напруги, потужності опромінення і струму через фоторезистор стає істотним ряд ефектів (зменшення значень эфф і эфф, порушення омичности контактів, перехід у область струмів, обмежених просторовим зарядом та інших.), що порушують лінійність основних станів і обмежують реальні можливості приладів цього. Пленочная технологію виготовлення фоторезисторов породжує такі їхні переваги, як дешевизна, широта перекрываемого діапазону номіналів, простота реалізації фоточувствительных елементів зі складною конфігурацією, технологічна сумісність з порошковими і плівковими электролюминесцентными випромінювачами.

Попри всю важливість перелічених достоїнств фоторезисторов не можна забувати такому їх принциповому нестачі, як дуже вагома інерційність. З іншого боку, більшість фоторезисторов, виготовлених не так на монокристаллах, істотна температурна і тимчасова нестабільність характеристик, обумовлена поверхневою хемосорбцией кисню, насамперед, та інші механізмами деградації. [15].


ГЛАВА 1. СВОЙСТВА НИТРИДА АЛЮМІНІЮ


1.1. Оптические властивості AlN.

Відомості про оптичних властивості нітриду алюмінію наводяться у досить ранніх джерелах, очевидно тому, що довго цей матеріал досить слабко використовувався у оптоелектроніці.

Приміром, дані, наведені у статті [2].

Кристали AlN виростили эпитаксиальным способом на сапфірової підкладці. Орієнтація кристалів -- . Зразки, відібрані для оптичних вимірів мали розміри , де – одне з різних толщин зразка. Для виміру оптичного поглинання було використане лише ефективне простір 0.5х0.5 див; залишок зразка закрили маскою. Це дозволило б вибрати царину зразка, має однорідну структуру й те водночас забезпечує сталість поверхні під дослідницьким променем. Спектр оптичного поглинання було отримано з допомогою спектрометра разом із фотоумножителем і ЕОМ. Для низькотемпературних вимірів, оскільки відбулися зміни тривалості оптичних шляхів, знадобилася корекція результатів.

Оптическая щільність кількох зразків була виміряти у широкому температурному спектрі. Коефіцієнт поглинання, за відсутності поверхневих дефектів може бути отримана з оптичної щільності з допомогою формули співвідносить оптичну щільність (OD) з коефіцієнтом поглинання, відбитком і завтовшки зразка :

,

де є бажана величина.

Дослідне вивчення нітриду алюмінію показало, що поверхневими дефектами не можна знехтувати тим зразків, які мають великі поверхневі нерівності. Зразки, крім пренебрежимо малої кількості мікроскопічних нерівностей мають досить гарна риса поверхні. Проте наш аналіз включає у собі можливість такого впливу оптичну щільність. На рис. 1.1.1. показані дані для оптичної щільності однієї з тонких зразків. Оптическая щільність то, можливо розкладена чотирма частини, які ясно видно на рис. 1.3.1. Математичне вираз оптичної щільності представляє з себе таке:

Тут частотно незалежне складова оптичної щільності і і зони поглинання, ясно видимі на рис. 2. Ці дві доданків експериментально ідентифіковані як кисневих домішок і/або вакансій азоту. Останній член у натуральному вираженні, , є характерною для межзонного поглинання і дає як природу зазору m, і його величину Eg. Значення 0.5 і 1.5 для m таки відповідають прямому і непрямому зазору.

Техніка параметризации, яка у алгоритмі Давидона-Флетчера-Пауэлла (варіативний метричний метод), дає значення констант, певних вище. За таких значень, ми можемо визначити роль лише останнього доданка в усій енергетичної галузі експерименту. Графік залежності квадрата коефіцієнта поглинання як функції енергії наведено на рис. 1.1.2. Значення забороненої зони при кімнатної температурі дорівнює 6.20.1 эВ і m =0.497. В усіх випадках величина m не перевищує 2% від величини, відповідної прямому зазору.

Отже, засвідчили, що за відсутності значної кількості домішок природа країв зон AlN легко визначна. Запрещенная зона дорівнює 6.28 эВ за нормальної температури 5 До і 6.2 эВ при кімнатної температурі.

Прямі межзонные переходи в кристалах AlN розпочинаються з 5.74 і 5.88 эВ відповідно для перпендикулярної і паралельної поляризації (при кімнатної температурі). Спектр відображення вище краю фундаментального поглинання було отримано для енергії фотонів вище 12 эВ, проте цих результатів неповні. Невідомий ще механізм порушення стаціонарної люмінесценції вище краю основного поглинання У цих кристалів.

У наведеній статті [1] прокуратура вивчила спектри відблиски і порушення синьої люмінесценції кристалів AlN у сфері енергій 3 - 40 эВ. Джерелом УФ-излучения був синхротрон з енергією 680 МэВ. Для вимірів застосовувався вакуумний монохроматор. Інтенсивність порушення люмінесценції розглядали як ставлення інтенсивності люмінесценції кристала AlN і інтенсивності люмінесценції салицилата натрію до тієї самої довжини хвилі. Спектр відображення вимірювався з допомогою фотоумножителя на салицилате натрію для перетворення УФ-излучения в видиме.

Досліджені у цій роботі кристали AlN отримано з допомогою прямий реакції парів Al і N за нормальної температури 1850 0З. Оскільки кристали AlN мають форму тонких гексагональных призм з товщиною від кількох основних десятків за кілька сотень мкм, повинно бути орієнтовані паралельно одна одній ще точного виміру спектрів порушення та відображення. Спектр порушення люмінесценції був заміряний на зразках, отриманих осадженням порошкоподібного AlN. Усі експерименти проводилися при кімнатної температурі.


Малюнок 1.1.1. Залежність оптичної щільності від енергії фотонів для зразка AlN завтовшки 0.4 мкм при 5 До [2]


Малюнок 1.1.2. Квадрат коефіцієнта поглинання від енергії фотонів при 5 До (крива 2) і 300 До (крива 1) на краю власного поглинання AlN [2].

Малюнок 1.1.3. Інтенсивність синьої люмінесценції (криві a і b) і інтенсивність відображення (крива з) від енергії фотонів при 300 До [1].


Cпектр порушення стаціонарної люмінесценції (рис. 3.4.3.) має комплексну структуру у сфері від 4 до 22 эВ. Поляризация у цих вимірах не враховувалася. Пік у сфері 4.5 эВ обумовлений прямим порушенням домішкових центрів, пік у сфері 4.7 эВ — початком прямих межзонных переходів. Вигляд кривою порушення у сфері 8 — 22 эВ корелює з кривою відображення (рис 3.4.3., крива з): максимум кривою фотовозбуждения відповідає мінімуму відображення. Це підтверджує припущення, що квантова ефективність визначається втратами на відбиток і поверхневу безызлучательную рекомбінацію. При енергії значно більших ніж ширина забороненої зони, у районі від 28 до 30 эВ, сильне зростання інтенсивності люмінесценції пояснюється початком фононного множення. Спектр люмінесценції порошкоподібного AlN має такий самий характер.

Існування на кривою відображення піків в західних областях эВ і эВ, групи піків у сфері від 10 до 16 эВ з максимумом при 13.8 эВ, й області 17.5 эВ зумовлено межзонными переходами. Існуючі нині результати розрахунків електронної структури не дають поки що ясних і недвозначних даних. Загальний вид кривою відображення має інший, подібний з кривими відображення інших напівпровідникових матеріалів типу A3B5 у сфері переходів з валентною зони до зони провідності.

У пізніх дослідженнях плівки AlN досліджувалося докладніше. Діяльність [7] наводяться порівняльні дані оптичних властивостей плівок, кристалів і порошкоподібних фаз нітриду алюмінію.

Эпитаксиальные плівки AlN отримано на сапфірової підкладці. Орієнтація зразків — . Швидкість зростання плівки з газової фази — близько двох ангстрем/с. Кристаллическая структура було визначено з допомогою рентгенівського спектрометра і методу дифракції що проглядали електронів. Вісь з в AlN відхилена на 280 і у площині, перпендикулярної осі з/ сапфіру як показано на рис. 1.1.5.

Як джерела випромінювання використовувалася дейтериевая лампа з вікном з MgF2. Монохроматическое випромінювання отримали з допомогою спектрометра Сея-Намиока. Дозвіл — 2 ангстрема. Світло поляризовался ввігнутим скляним дзеркалом з кутом Брюстера 600 , розташованим перед монохроматором. Ступінь поляризації -- щонайменше 0.93 в усьому енергетичному діапазоні експерименту.

На рис. 1.1.5. показаний спектр поглинання близько краю при кімнатної певній температурі й температурі рідкого азоту. Шкала осі ординат є одиниці оптичної щільності, зумовлені як OD=log(I0/I), де Io і I — інтенсивності падаючого і котрий пройшов зразок світла. Крива поглинання зростає до 6 эВ і має майданчик при 6.2 эВ, чим є “насичення” інтенсивності поглинання у разі зростання енергії до 6.3. эВ. Інтенсивність поглинання продовжує зростати зі зростанням енергії падаючого випромінювання. Коефіцієнт поглинання при 6.2 эВ становить близько 105 див-1, оскільки товщина плівки становила 800 ангстрем. При низьких температурах поглинання зсувається до області високих енергій приблизно за 0.03 эВ.

Величина коефіцієнта поглинання і характеру кривою спектра змушують думати, що прямий зазор в AlN становить 6 эВ. Більше точне значення забороненої зони непросто висунути зі рис. 1.1.6, оскільки спектр широкий навіть за низьких температурах. Проте, слід зазначити, що “майданчик” при 6.2. эВ може з'являтися через освіти вільних экситонов, асоційованих з прямим енергетичним зазором, та за умови, що экситонный пік широкий.

Спектр поглинання в поляризованому світлі наведено на рис. 1.1.7. Оскільки вісь з в AlN нахилена стосовно нормальний до на 280, одне із спектрів було отримано при поляризації світла перпендикулярно осі а, а інший — паралельно.

Малюнок 1.1.5. Спектри відображення епітаксійних плівок AlN, кристалів і спресованого і порошкоподібного нітриду алюмінію [7].

Малюнок 1.3.6. Спектр поглинання AlN в поляризованому світлі [7].

Малюнок 1.1.7. Спектр поглинання плівки AlN при кімнатної певній температурі й температурі 5К [7].

1.2. Зонная структура AlN.


Ця зонная структура AlN наведено у роботі [3].

Параметри грати, що використовувалися до розрахунку зонної структуриAlN такі: a=3.111 A, c/a=1.6, u=0.385. Фур'є- коефіцієнти потенціалу векторів зворотної грати, q, великі ніж , приймалися за 0, аби навести матрицю Гамильтониана до прийнятного виду. Енергетична залежність параметрів моделі ігнорувалася, але k-зависимость потенціалу явно враховувалася.

Значення енергетичних проміжків у кожному точці зони Бриллюэна виходять шляхом диагонализации матриці гамильтониана. Це було зроблено на 70 точках. Потім, несокращаемые величини було визначено з допомогою таблиць Рашба. Коригування з урахуванням спин-орбитального взаємодії не проводилася, оскільки ці суми малі.


Рассчитанные зонні структури AlN при кімнатної температурі показані малюнку 1.2. У таблиці 1.2. наведено деякі найважливіші енергетичні переходи. Очевидно, що маленький енергетичний зазор прямий й у центрі зони Бриллюэна. Символи і // показують, що сильне поглинання спостерігається при поляризації падаючого випромінювання перпендикулярно і відомства паралельно осі з відповідно.


Малюнок 1.2. Зонная структура AlN, показана видно з наведеної ЗБ вюрцита.



1.3. Електричні властивості AlN.

AlN – прямозонный матеріал з великою шириною забороненої зони. У ранній літературі матеріал вважався непрямозонным, що пізніше не підтвердилося. Деякі чисельні параметри наведено нижче:

Рухливість: при Т=290 До

Нитрид алюмінію є дуже корисний матеріалом від використання його за високих температур. Він слабко піддається окислювання надворі при високих температурах вище 6000З, і навіть стійкий до

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Фотоэлектронная емісія
    Міністерство Образовании Азербайджанської Республіки Бакинский Державний Університет Cтудент II
  • Реферат на тему: Фуллерени
    Курсова робота з «Материалам і компонентами електронної техніки» на задану тему: Фуллерени
  • Реферат на тему: Функція розподілу електронів
    Функції розподілі і рівняння Лиувилля. Плазмой зазвичай називають систему, що складається частинок,
  • Реферат на тему: Харакатхо
    У А З Про Р А Т І М А Про Р І Ф І Ч У М Х У Р І І Т Про Ч І До І Т Про М У М І У Є Р З І Т Є Т І Т
  • Реферат на тему: Харакатхо
    У А З Про Р А Т І М А Про Р І Ф І Ч У М Х У Р І І Т Про Ч І До І Т Про М У М І У Є Р З І Т Є Т І Т

Навігація