WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

ших — до 3 млн (вместо 0.1 млн) [17]. В связи с этим в 1998 г. практически всеми государствами был „Озоновой дырой“ обычно называется локальное уменьшение содержания озона над Землей, проявляю- подписан Монреальский протокол о сокращении производства хлорфторуглеродов с июля 1998 г. до 50% от щееся, во-первых, в устойчивом уменьшении общего уровня 1986 г., а в июне 1998 г. — Лондонский протосодержания озона осенью (например, в 1987 г. общее кол, согласно которому это производство должно быть содержание озона уменьшилось вблизи южного полюса сокращено до 50% в 1995 г. и полностью прекращено в 2 раза по сравнению с 1979 г.) и, во-вторых, в более с 2000 г. (для развивающихся стран — с 2010 г.). При позднем наступлении максимального значения для этого года. В 1993 г. над Антарктидой было зарегистрировано этом предполагалось, что хлорфторуглероды будут либо рекордно низкое содержание озона (85 DU вместо обыч- заменены фторуглеродами, либо в них будут введены ных значений в октябре 1978 г. 220 DU) (табл. 2) [20]. добавки в виде молекул водорода для разрушения этих В Арктике степень уменьшения общего содержания соединений в низких слоях атмосферы. Такая замена озона составляет 1.2-2% в год, и в 1985-1986 гг. озона увеличит стоимость производства в 2-3 раза, однако Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра... это позволит сохранить озоновый слой. Эти условия 2) использование непрямозонных полупроводников с были подтверждены на Международных совещаниях величиной Eg, существенно меньшей 3.2 эВ, но с в 1992 г. в Копенгагене и в 1995 г. в Вене [26,27], пороговой энергией прямых переходов E0, близкой где предполагалось принять меры для восстановления к этой величине, — например, GaP (Eg = 2.26 эВ, озонового слоя к середине 21-го века. E0 = 2.8эВ); при этом предполагается, что коэффициент поглощения света при h E0 — достаточно велик;

3. Полупроводниковые материалы 3) использование хорошо освоенных промышленностью для ультрафиолетового полупроводников, таких как Si, и применение коррекфотоэлектропреобразования тирующих УФ светофильтров.

Зонные параметры и коэффициенты поглощения Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи основных полупроводниковых материалов приведены в обычно характеризуются рядом параметров, главные из табл. 3 [31–42].

которых [28–30]:

Рабочее напряжение фотоприемников, работающих в - спектральная область фоточувствительности ;

режиме фотодиода, ограничивается напряжением про- квантовая эффективность =(1 - R)(1 - ) или тобоя. Величина напряжения пробоя VBR в случае лавинковая фоточувствительность SI = /h;

ного умножения для резких p-n-переходов и диодов - площадь фотоприемной поверхности Seff;

Шоттки [43] приблизительно составляет - рабочее напряжение Vop;

Eg 3/2 N -3/- темновой ток Id и дифференциальное сопротивление VBR[B] =60, в нуле напряжений R0 = nkT/qI0;

1.1 - удельная обнаружительная способность D = а для p-n-переходов с плавным (линейным) распределе=(2G/hct)1/2;

нием примесей в слое объемного заряда — - порог фоточувствительности (шумовой эквивалент мощности) NEP = Vn/Vp( f )1/2; Eg 3/2 a -2/VBR[B] =- быстродействие (или граничная рабочая часто1.1 3 · та f );

d (Eg — ширина запрещенной зоны в эВ, N — концентра- температурные коэффициенты параметров T ;

ция нескомпенсированных носителей заряда в см-3, - емкость C;

a — градиент концентрации носителей заряда в слое - максимальная мощность рассеяния Pmax;

объемного заряда в см-4).

- операционные параметры — стабильность, устойВ табл. 4 приведены основные параметры полупроводчивость к ионизирующему излучению, максимально никовых материалов [44–48], а на рис. 3 — зависимость допустимое рабочее напряжение Vmax, масса m, габанапряжения пробоя резких переходов от концентрации риты.

носителей заряда в исходном материале [43,47,49,50].

Здесь — длина волны падающего излучения, R — коэффициент отражения света от поверхности структуры, — внутренний квантовый выход, — коэффициент потерь, h — энергия кванта света, n — коэффициент идеальности, k — постоянная Больцмана, T — температура (в K), q — заряд электрона, I0 —ток насыщения, G — скорость генерации носителей, h — постоянная Планка, c — скорость света, t — толщина детектора, — поток падающего излучения, Vp — напряжение фотоответа, Vn — шумовое напряжение, f — частота, f — ширина полосы.

В соответствии с этими параметрами рассмотрим свойства исходных полупроводников.

Длинноволновая граница идеального фотоэлектропреобразователя должна соответствовать границе видимой и УФ областей ( = 0.38 мкм), т. е. коэффициент поглощения света в исходном полупроводнике должен быть как можно меньшим при >0.38 мкм и как можно большим при <0.38 мкм.

Рис. 3. Зависимость напряжения пробоя резких переходов Как правило, требуемая спектральная область от концентрации основных носителей заряда в полупроводдостигается одним из трех способов:

нике при 300 K. Точки — экспериментальные данные для 1) использование полупроводников с шириной запре6H-SiC [48], 4H-SiC [49], GaN [47]; линии — теоретический щенной зоны Eg, близкой к 3.2 эВ, таких как GaN, расчет [43,50]. Экспериментальные данные для Si, GaAs, GaP AlGaN, 6C-SiC, 4H-SiC. практически совпадают с теорией.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1030 Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг Таблица 3. Зонные параметры и коэффициенты поглощения основных полупроводниковых материалов при 300 K [31–42] Alx Ga1-x As, AlxGa1-xAs, Полупроводник Si GaAs GaP GaN x = 0.491 x = 0.Eg, эВ 1.12 1.425 2.04 2.09 2.26 3.E0, эВ 3.4 2.08 2.6 2.Энергия Коэффициент поглощения, см-фотонов, эВ 2.4 1.465 · 104 9.0 · 104 4.997 · 104 8.7 · 104 8.6 · 104 3 · 2.6 2.381 · 104 1.42 · 105 7.7 · 104 2.742 · 104 2.94 · 2.8 4.65 · 104 2.81 · 105 1.22 · 105 5.812 · 104 3.342 · 3.0 8.173 · 104 5.92 · 105 2.08 · 105 1.07 · 105 6.826 · 104 2 · 3.2 2.043 · 105 7.42 · 105 4.34 · 105 1.75 · 105 1.093 · 105 6 · 3.4 9.32 · 105 7.15 · 105 6.62 · 105 3.07 · 105 1.96 · 3.6 1.09 · 106 7.17 · 105 7.36 · 105 5.70 · 105 4.99 · 105 1 · 3.8 1.225 · 106 7.35 · 105 7.48 · 105 7.75 · 105 9.86 · 105 1.25 · 4.0 1.454 · 106 7.78 · 105 7.88 · 105 8.59 · 105 8.80 · 105 1.25 · 4.2 1.974 · 106 8.81 · 105 8.71 · 105 9.30 · 105 8.78 · 105 1.4 · 4.4 2.383 · 106 1.143 · 106 1.048 · 106 1.065 · 106 9.32 · 105 1.6 · 4.6 2.181 · 106 1.478 · 106 1.467 · 106 1.458 · 106 1.106 · 106 1.7 · 4.8 1.936 · 106 1.834 · 106 1.897 · 106 1.831 · 106 1.506 · 106 1.8 · 5.0 1.806 · 106 2.070 · 106 1.919 · 106 1.907 · 106 1.840 · 106 2 · 5.2 1.767 · 106 1.836 · 106 1.780 · 106 1.831 · 106 2.198 · 5.4 1.842 · 106 1.685 · 106 1.666 · 106 1.699 · 106 2.129 · 5.6 1.82 · 106 1.598 · 106 1.57 · 105 1.584 · 106 1.871 · 5.8 1.79 · 106 1.543 · 106 1.512 · 106 1.505 · 106 1.724 · 6.0 1.769 · 106 1.503 · 106 1.771 · 106 1.465 · 106 1.635 · Источник [31] [31] [33] [33] [31] [38,42] Полупроводник AlN BN 4H-SiC 6H-SiC ZnSe ZnO Eg, эВ 6.2 4.5-5.5 3.23 3.0 2.7 3.E0, эВ 8.5 5-6 5-6 3.Энергия Коэффициент поглощения, см-фотонов, эВ 2.4 2.6 2.8 2 · (2.65 эВ) 3.0 3.2 16 3 · 102 4 · 3.4 1 · 102 1.1 · 103 3.8 · 3.6 5 · 102 1.5 · 103 2 · 3.8 1.4 · 103 2 · 4.0 5 · 102 4 · 4.2 2 · 103 6 · 4.4 4 · 103 1 · 104 4.6 5 · 4.8 6 · 103 3 · 5.0 7 · 103 6 · 104 5 · 5.2 8 · 103 7 · 5.4 1 · 104 8 · 5.6 2 · 104 1 · 5.8 4 · 104 1.5 · 6.0 5 · 104 5 · 6.2 1.5 · Источник [36] [35] [34] [32,37] [39] [40] Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра... Таблица 4. Основные параметры полупроводниковых материалов [44–48] Полупроводник Si GaAs AlAs GaP GaN AlN Ширина запрещенной зоны, эВ 1.12 1.425 2.17 2.26 3.39 6.Поле при пробое (критическое поле), В/см 3 · 105 4 · 105 6 · 105 1 · 106 5 · 106 (1.2-1.5) · Термическая скорость, см/с:

электронов 2.4 · 107 4.4 · 107 2.3 · 107 2 · 107 2.6 · 107 1.85 · дырок 1.65 · 107 1.8 · 107 1.3 · 107 1.3 · 107 9.4 · 106 0.41 · Теплопроводность, Вт/см ·C 1.3 0.55 0.91 1.1 1.3 2. Температура плавления, C 1412 1240 1740 1457 2500 Диэлектрическая проницаемость:

статическая 11.7 12.9 10.06 11.1 8.9 8.высокочастотная 10.89 8.16 9.11 5.35 4.Плотность, г/см3 2.329 5.23 3.76 4.19 6.15 3.Полупроводник BN (b) 4H-SiC 6H-SiC C (алмаз) ZnO ZnSe Ширина запрещенной зоны, эВ 4.5-5.5 3.23 3.0 5.5 3.46 2.Поле при пробое (критическое поле), В/см (1-6) · 106 (3-5) · 106 (3-5) · 106 106-Термическая скорость, см/с:

электронов 1.9 · 107 1.5 · 107 2.7 · дырок 1.2 · 107 1.2 · Теплопроводность, Вт/см ·C 7.4 3.7 4.9 6- Температура плавления, C 4000 2800 2800 4370 2300 Диэлектрическая проницаемость:

статическая 5.1-6.8 9.66 9.66 5.7 8.7 9.высокочастотная 4.2-4.5 6.52 6.52 3.7 6.Плотность, г/см3 3.48 3.21 3.21 3.52 5.67 5.Таблица 5. Максимально достигнутые экспериментальные значения подвижности носителей заряда, диффузионной длины и времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках при T = 300 K [44,45,51] Параметр GaAs GaP C (алмаз) AlxGa1-x As Подвижность, см2/В · с:

электроны 8500 250 2200 -255 + 1160x - 720x2 (x > 0.45) дырки 400 150 1800 370 - 970x + 740xВремя жизни неравновесных носителей, c:

электроны 5 · 10-9 1 · 10-7 3 · 10-8 (x = 0.4) дырки 3 · 10-6 1 · 10-6 10-9 (x = 0.3) Диффузионная длина, мкм:

электроны 10 дырки 30-50 Параметр GaN AlN BN ZnO 4H-SiC 6H-SiC Подвижность, см2/В · с:

электроны 1245 300 200 2 (при 1018 см-3) 900 дырки 350 14 500 120 Время жизни неравновесных носителей, c:

электроны 10-9 10-дырки 6 · 10-7 4.5 · 10-Диффузионная длина, мкм:

электроны 1.5 1.дырки 3.5 12 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1032 Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг Таблица 6. Значения ширины запрещенной зоны при 0 K Eg(0) и параметров T и T0, а также dEg/dT для различных полупроводников [44–46,52,53] Полупроводник Si GaAs AlAs GaP GaN AlN Eg(0), эВ 1.17 1.519 2.249 2.34 3.47 6.T, эВ/K 1.73 · 10-4 5.41 · 10-4 4.6 · 10-4 6.2 · 10-4 7.7 · 10-4 1.8 · 10-T0, K 636 204 204 460 600 Полупроводник 4H-SiC 6H-SiC CdS ZnO ZnS ZnSe Eg(0), эВ 3.26 3.02 2.T, эВ/К 6.5 · 10-4 6.5 · 10-4 8.21 · 10-T0, K 1300 1200 dEg/dT, эВ/K -2.9 · 10-4 -5.1 · 10-4 -4.5 · 10-Концентрация основных носителей в полупроводниковом материале должна быть, с одной стороны, достаточно высокой (узкий слой объемного заряда) для создания высокой фоточувствительности и низкого последовательного сопротивления, а с другой стороны, — достаточно малой (широкий слой объемного заряда) для обеспечения низкого темнового тока, малой емкости и высокого напряжения пробоя.

Степень структурного совершенства полупроводникового материала можно с большой степенью определенности характеризовать величинами подвижности носителей заряда, диффузионной длины неравновесных носителей заряда, времени жизни (табл. 5 [44,45,51]) и их близостью к теоретическому пределу.

Температурные зависимости основных параметров фотоэлектропреобразователей существенным образом связаны с зависимостью Eg = f (T ) для исходного полупроводника, которая обычно определяется формулой Варшни [52] T Eg = Eg(0) - T, T + Tгде Eg и Eg(0) — ширина запрещенной зоны (эВ) при температурах T и 0 K. Значения ширины запрещенной зоны при 0 K Eg(0) и параметров T и T0, а также dEg/dT для различных полупроводников приведены в табл. 6 [44–46,52,53].

4. Механизм фотоэлектропреобразования в структурах на основе широкозонных полупроводников Общая плотность тока J через структуру с потенциальным барьером зависит от напряжения V и светового потока :

J(V, ) =Jd(V ) - Jph( ), Рис. 4. Энергетические диаграммы барьеров Шоттки для Jph( ) =qS, полупроводников n- и p-типа проводимости на примере где Jd — плотность темнового тока, Jph — плотность Pt-n-4H-SiC (a) иPd-p-Al0.06Ga0.94N (b). Evac — уровень вакуфототока, — квантовая эффективность, S —площадь ума, EF — уровень Ферми, Ec, Ev — края зоны проводимости поверхности. и валентной зоны.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра... Таблица 7. Работа выхода электронов из металлов [43,54], энергия сродства к электрону полупроводников s [44,45], m плотность поверхностных состояний для полупроводников Ds [43,55,56] и ориентировочные значения высоты потенциального барьера Шоттки qB Полупроводник Si GaAs GaP CdS Eg, эВ 1.12 1.425 2.26 2.s, эВ 4.05 4.07 3.8 4.Ds, см-2 · эВ-1 2.7 · 1013 12.5 · 1013 2.7 · 1013 1.6 · qB, эВ Металл, эВ m n p n p n p n Mg 3.61 1.In 3.Ti 3.83-4.33 0.61 1.12 0.Al 4.18 0.72 0.58 0.80 1.07 Ag 4.42 0.78 0.54 0.88 0.63 1.20 0.W 4.55 0.45 0.Cr 4.4-4.6 0.61 0.50 1.Cu 4.59 0.58 0.46 0.82 1.20 0.Au 5.1-5.2 0.80 0.34 0.90 0.42 1.30 0.72 0.1.19 [57] Ni 5.15-5.2 0.67 0.51 0.9 1.19 [57] 0.1.Pt 5.43-5.65 0.84 1.45 1.Полупроводник 4H-SiC 6H-SiC GaN (вюрцит) ZnSe ZnO ZnS Eg, эВ 3.23 3.0 3.39 2.7 3.46 3.s, эВ 4.05 4.07 4.1 4.Ds, см-2 · эВ-1 1013 1013 (1-2) · 1011 (для SiO2-GaN) [56] qB, эВ Металл, эВ m n n n p n n n Mg 3.61 0.3 [58] In 3.97 0.30 1.Ti 3.83-4.33 0.59 [54] 0.65 [59] Al 4.18 0.3 (Si) 0.76 0.68 0.0.9-1.0 (C) [58] Ag 4.42 0.8-1 (Si) 1.21 0.9 [60] 1.1.1-1.5 (C) [58] Cr 4.4-4.6 1.5 [61] 0.53-0.58 [62] Cu 4.59 1.15 [63] 1.35-1.41 [64] 1.10 0.45 1.Au 5.1-5.2 1.2-1.3 (C) 1.03 [59] 0.57 [59] 1.36 0.65 2.1.4-1.5 (Si) [58] 0.87-0.94 [59] 2.48 [65] Pd 5.12-5.17 1.6 (C) 0.91 [54] 0.68 1.1.1-1.3 (Si) [58] Ni 5.15-5.2 1.29 [66] 0.9-1 [67] 0.50 [59] 2.4 [68] Pt 5.43-5.65 1.4-2.1 [69] 1-1.4 [69] 1.03 [54] 0.50 [59] 1.40 0.75 1.0.47 [70] Примечание. Для значений qB в случае, когда источник данных не указан, приведены данные согласно [43], в остальных случаях [57–70].

n, p — тип проводимости.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.