Измерение времени жизни носителей

При определенных условиях концентрация электронов и дырок в полупроводнике может быть больше их равновесного значения. Это может быть реализовано, например, путем инжекции носителей заряда в полупроводник - при прохождении тока через полупроводник, отдельные части которого имеют разные типы проводимости, при прохождении тока через контакт полупроводник – металл и т.д. Временем жизни неравновесных носителей заряда называется время, в течение которого концентрация неравновесных носителей после прекращения их генерации убывает в е раз:

n(t) = n(0)*exp(-t/t), (10)

где n(t) и n(0) – соотвественно концентрация неравновесных носителей в момент времени t и в начальный момент времени.

Для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда применяют несколько методов: метод модуляции проводимости в точечном контакте, метод светового зонда. На Рис. 9 показана схема метода модуляции светового зонда.

Рис. 8. Схема измерения времени жизни носителей методом

модуляции светового зонда.

Поверхность полупроводника освещают узкой полоской света, модулированной с помощью вращающегося диска с прорезями, в результате чего в нем генерируются импульсы концентраций неравновесных носителей заряда. При этом на расстоянии x от освещенной области полупроводника величина концентрации неравновесных носителей составит:

n(x) = n(0) exp (-x/L), (11)

где L - так называемаядиффузионная длина неравновесных носителей заряда, которые диффундируют вглубь полупроводника параллельно его поверхности. Величина амплитуды импульсов напряжения, которые измеряют импульсным вольтметром, составит:

U(x) = A*n(0) *exp (-x/L), (12)

где А - константа, определяемая чувствительностью измерительного прибора. Если построить график зависимости логарифма напряжения от расстояния между световым и измерительным зондами, то по углу его наклона можно определить диффузионную длину неравновесных носителей заряда. Зная же диффузионную длину носителей заряда и определив независимо величину подвижности носителей можно найти время их жизни, воспользовавшись соотношением Эйнштейна:

, (13)

где e – заряд электрона, k – постоянная Больцмана, T – температура. Так как состояние поверхности образца полупроводника может оказать сильное влияние на результаты измерений, то перед измерениями его поверхность тщательно шлифуют, травят и промывают.