МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ім. І.І. МЕЧНИКОВА
Кафедра експериментальної фізики
Комп'ютерне моделювання сенситометричних ХАРАКТЕРИСТИК Формувач СИГНАЛІВ ЗОБРАЖЕННЯ
НА ОСНОВІ гетеропереході CdS-Cu2S.
Дипломна робота
студента 5-го курсу
фізичного факультету
Барди Олексія Валерійовича
Наукові керівники -
канд. ф.-м. наук,
доцент Віктор П.А.
ст.н.с. Борщак В.А.
О Д Е С С А - 2000 р.
ЗМІСТ
ВСТУП. 3
Розділ I. Гетероперехід CdS-Cu2S, ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ
І ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ. 5
§ 1. Загальні властивості гетеропереходів. 5
§ 2. Моделі токопереноса в гетеропереході CdS - Cu2S. 9
§ 3. Фотоелектричні властивості гетеропереході CdS-Cu2S. 12
§ 4. Механізми викиду захопленого заряду в ОПЗ гетеропереході CdS-Cu2S. 15
§ 5. Технологія виготовлення гетеропари CdS-Cu2S. 19
Розділ II. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ДОСЛІДЖЕННЯ сенситометричних ХАРАКТЕРИСТИК гетеропереході CdS-Cu2S ТА ЇХ
Комп'ютерне моделювання. 25
§ 6. Загальні поняття про сенсітометріі. 25
§ 7. Опис експериментальної установки. 27
§ 8. Дослідження сенситометричних характеристик
перетворювача зображення на основі гетеропереході CdS-Cu2S. 29
§ 9. Моделювання та комп'ютерний розрахунок характеристичних кривих. 33
ВИСНОВКИ 37
ЛІТЕРАТУРА. 38
ВСТУП.
Дослідження гетеропереходів являє собою важливий розділ фізики напівпровідникових приладів, який
сформувався в останні чотири десятиліття на основі вивчення епітаксиальні вирощування напівпровідників.
Бар'єри на діаграмі енергетичних зон, пов'язані з різницею в ширині забороненої зони двох
напівпровідників відкривають нові можливості для конструкторів.
гетеропереході використовуються в лазерах, обчислювальної техніки, інтегральних схемах. Електрооптичні
властивості гетеропереходів знайшли практичне застосування в фототранзисторів і в сонячних елементах.
Однак у цій галузі є ще багато невирішених проблем, багато класи гетеропереходів ще чекають свого
ретельного вивчення і застосування.
Основна частина досягнень у дослідженнях гетеропереходів пов'язана з використанням гетеропари GaAs-AlGaAs,
в якій здійснено так званий ідеальний гетероперехід. При цьому використані напівпровідники з однотипною кристалічними гратами, які
мають настільки близькі значення постійних своїх грат, що на кордоні не виникає електрично активних дефектів.
Однак фізика і техніка гетеропереходів мають й інший важливий аспект - створення, дослідження і
практичне застосування неідеальних гетеропереходів. Такі структури утворені полікристалічний напівпровідниками з незбіжними константами
кристалічних граток, часто і різних граткових симетрії. У неідеальних гетеропереході спостерігається великий набір різних ефектів і
явищ, пов'язаних з різними властивостями напівпровідників по обидва боки кордону, а також з появою великої кількості електрично активних
дефектів на гетерограніце, які беруть участь у токопереносе, поглинанні та випромінюванні світлових квантів.
Перспективність практичного застосування неідеальних гетеропереходів пов'язана в першу чергу з більш
економічною технологією створення полікристалічних гетероструктур у порівнянні з монокристалічний.
Одним з напрямків у вивченні неідеальних гетеропереходів є можливість застосування критеріїв,
розроблених в класичній фотографічної сенсітометріі, до перетворювачів оптичного зображення в електричний сигнал на основі гетеропереході CdS-Cu2S.
Метою даної роботи є створення математичної моделі характеристичної кривий і розрахунок основних
сенситометричних характеристик (г-коефіцієнт контрастності і S-фоточутливість) формувача сигналу зображення (ФСІ) на основі
гетеропереході CdS-Cu2S, використовуючи в якості вихідних даних характеристики локальних центрів у гетеропереході.
Розділ I. Гетероперехід CdS-Cu2S, ЙОГО ВЛАСТИВОСТІ І ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ.
§ 1. Загальні властивості гетеропереходів.
гетеропереходів називається контакт двох різних за хімічним складом напівпровідників. Якщо
напівпровідники мають однаковий тип провідності, то вони утворюють ізотипних гетероперехід. Якщо тип їх провідності різний, то виходить анізотіпний
гетероперехід.
Для отримання ідеальних монокристалічних гетеропереходів без дефектів решітки та поверхневих
станів на межі розділу необхідно, щоб у напівпровідників співпадали типи кристалічних граток, їх періоди і коефіцієнт термічного розширення. Для
їх отримання періоди грат повинні збігатися з точністю ~ 0,1%. Приклад ідеального гетеропереході: GaAS-AIGaAS [1].
Модель зони структури ідеального різкого гетеропереході без пасток на межі розділу була
запропонована Андерсеном, який використовував результати роботи Шоклі [2].
На рис.1 наведена зонна діаграма двох ізольованих напівпровідників, у яких різні значення
ширини забороненої зони Еg, діелектричної проникності e, роботи виходу jm і
електронного спорідненості c.
Робота виходу та електронне спорідненість визначаються як енергія, необхідна для видалення електрона з рівня
Фермі Еf і з дна зони провідності ЄС у вакуум відповідно. Розходження в положенні дна зони провідності
напівпровідників позначено DЕc; а відмінність в положенні стелі валентної зони ДEv. На малюнку
1 показаний випадок, коли ДЕc = (ч1-ч2).
Рис. 1. Зонна діаграма двох ізольованих напівпровідників за умови електронейтральності
Зонна діаграма анізотіпного pn - гетеропереході в рівновазі, утвореного цими напівпровідниками
наведена на мал.2.
Рис.2. Зонна діаграма ідеального анізотіпного pn гетеропереході при тепловому рівновазі.
Положення рівня Фермі в стані рівноваги повинна бути однаково по обидва боки переходу, а рівень
енергії, відповідний вакууму, повинен бути паралельний краях зон і безперервний. Тому розрив в положенні країв зони провідності і країв
валентної зони не пов'язаний з рівнем легування.
Повний контактний потенціал Vbi. дорівнює сумі потенціалів Vb1 + Vb2, де Vb1
і Vb2 - електростатичні потенціали рівноваги стану першим і другим напівпровідників відповідно.
Ширину збідненого шару (W) в кожному напівпровіднику і бар'єрну ємність (С) можна знайти вирішивши рівняння
Пуассона для різкого переходу з кожного боку кордону розділу. Одним з граничних умов є безперервність електричної індукції на кордоні
розділу, тобто е1E1 = е2E2. В результаті маємо:
(1)
(2)
(3)
де Nd1 - концентрація донорів в 1-м напівпровіднику;
Na2 - концентрація акцепторів в 2-му напівпровіднику.
Відношення напружень в кожному напівпровіднику становить:
(4)
де V = V1 + V2 - повне прикладена напруга.
Вольт - амперна характеристика набуває вигляду:
(5)
де I - щільність струму.
(6)
Наведене вираз відрізняється від вольт - амперної характеристики контакту метал-напівпровідник
множником I0, а також характером залежності від температури. Зворотний струм не має насичення, а при великих V лінійно зростає з
напругою. У прямому напрямку залежність I від допускає апроксимацію експоненційної
функцією, тобто 
.
Механізми протікання струму.
У різкому гетеропереході завдяки розривів ДEc і ДEv висоти
потенційних бар'єрів для електронів і дірок різні. Тому при прямому зсуві гетеропереході зазвичай відбувається одностороння Инжекция носіїв з
ширококутного напівпровідника в вузькозонних.
інжектованих носії (в даному випадку дірки) повинні подолати потенційні бар'єри ( "піки"),
що виникають із-за розривів зон. Механізми протікання струму через ці бар'єри, додаткові в порівнянні з pn - переходом (тунельний і термоінжекціонний)
залежать від величини зсуву на гетеропереході, температури, а також від ступеня легування напівпровідників.
У плавному гетеропереході заряду на неосновні носії заряду діє внутрішнє електричне поле еi,
що виникає внаслідок зміни Eg. При прямому зсуві в цьому випадку також відбувається одностороння Инжекция дірок у більш вузькозонних
частину.
Фотоефект.
Як і в pn переході фотоефект в гетеропереході виникає за рахунок просторового розділення в
поле об'ємного заряду носіїв, збуджених світлом. При освітленні напівпровідника з боку ширококутного напівпровідника в вузькозонних поглинаються
фотони з енергією:
Eg1
