Собственного поглощения

Магнитное ноле прибора возбуждается самим измеряемым током и относительно слабое, так как большая часть пути магнитного потока проходит в воздухе. По этой причине у измерительного механизма электромагнитной системы малая чувствительность. Из-за слабости собственного магнитного поля прибор приходится защищать от внешних магнитных влияний. Для этого применяются ферромагнитные эк-

Метод с использованием датчиков Холла (ДХ) требует микроминиатюризации ДХ до размеров ЦМД. При этом ДХ должны также обладать достаточной механической прочностью, хорошей воспроизводимостью характеристик, малой температурной зависимостью и др. Полезный сигнал должен быть порядка 100 мкВ при индукции 5 мТл. В принципе изготовить ДХ, удовлетворяющие данным условиям, можно, но они будут обладать всеми недостаткам;!, которые присущи ДХ, представляющим собой четырехполюсники (Наличие четырех выводов, необходимость компенсации неэквипотенциальности и др.). Кроме того, они характеризуются большим потреблением, наличием собственного магнитного поля и т. п.

Магнитное ноле прибора возбуждается самим измеряемым током и относительно слабое, так как большая часть пути магнитного потока проходит в воздухе. По этой причине у измерительного механизма электромагнитной системы малая чувствительность. Из-за слабости собственного магнитного поля прибор приходится защищать от внешних магнитных влияний. Для этого применяются ферромагнитные эк-

Магнитное иоле прибора возбуждается самим измеряемым током и относительно слабое, так как большая часть пути магнитного поток» проходит в воздухе. По этой причине у измерительного механизма электромагнитной системы малая чувствительность. Из-за слабости собственного магнитного поля прибор приходится защищать от внешних магнитных влияний. Для этого применяются ферромагнитные эк-

При отсутствии стороннего поля векторный потенциал собственного магнитного поля рамки с током пропорционален плотности тока:

Ферродинамические приборы представляют разновидность приборов электродинамической системы. По своему устройству они напоминают приборы магнитоэлектрической системы с тем отличием, что вместо постоянного магнита используется электромагнит. Уравнение шкалы такого прибора аналогично уравнению шкалы электродинамического прибора. Наличие стальных сердечников у ферромагнитных приборов обеспечивает значительное усиление собственного магнитного поля. В результате увеличивается вращающий момент и повышается чувствительность прибора. С другой стороны, стальные сердечники ферродинамических приборов существенно влияют на погрешности. В силу этого эти приборы выполняются не точнее класса 1,0.

Достоинствами электродинамических приборов являются высокая точность (наивысший класс 0,05) и возможность использования одного и того же прибора как для измерения в цепях постоянного, так и переменного токов при одной и той же шкале. К недостаткам можно отнести меньшую по сравнению с магнитоэлектрическими приборами чувствительность, ощутимое влияние внешних магнитных полей на показания прибора из-за слабого собственного магнитного поля, сравнительно большое собственное потребление энергии, частотный диапазон в зависимости от точности и назначения прибора ограничен сверху значениями от 1,5 до 10 кГц. Для защиты от внешнего магнитного поля

Приращение энергии AU?BS каждой из ветвей магнитной цепи при перемещении на Д<7 в условиях ФВ5 = const зависит только от приращения ее собственного магнитного сопротивления А/?В5 из-

Приращение магнитной энергии AU?BS ветви s в линейной модели при перемещении на А? зависит от изменения собственного магнитного сопротивления ветви ARBS и приращения МДС ветви Д/вз = Д#В8ФВ8, которое требуется для поддержания постоянства потока ветви (ФВ8 = const). Определение МДС ветви /Bs + At'BS= = i'BS Для положения, определяемого координатой q + A q, с помощью схемы линейной модели ветви показано на 3.2, б.

элементах которой должны соответствовать потоку Ф Bs (или току iBS). Приращение коэнергии ветви es в линейной модели AU^as при перемещении Ад зависит от приращения собственного магнитного сопротивления A#BS (или приращения собственной магнитной проводимости AABS ветви) и приращения потока ветви АФВ8 = AABst'BS, которое происходит при поддержании МДС ветви постоянной, /Bs = const. Определение потока ветви Фв,, + + АФВ, = ФВ8 для нового положения q + Л
Достоинствами электродинамических приборов являются высокая точность (наивысший класс 0,05) и возможность использования одного и того же прибора как для измерения в цепях постоянного, так и переменного токов при одной и той же шкале. К недостаткам можно отнести меньшую по сравнению с магнитоэлектрическими приборами чувствительность, ощутимое влияние внешних магнитных полей на показания прибора из-за слабого собственного магнитного поля, сравнительно большое собственное потребление энергии, частотный диапазон в зависимости от точности и назначения прибора ограничен сверху значениями от 1,5 до 10 кГц. Для защиты от внешнего магнитного поля

Стационарная фотопроводимость. Изменение электрического сопротивления или проводимости полупроводника, обусловленное действием оптического излучения и не связанное с его нагреванием, называют фоторезистивным эффектом. Длинноволновая граница собственного фоторезистивного эффекта, связанного с межзонными переходами электронов, совпадает с краем собственного поглощения и для многих полупроводников, таких, как кремний, германий, соединения типа А3В5, находится в инфракрасной и видимой областях спектра.

Знак минус в выражениях (4.3) и (4.4) означает, что интенсивность света в глубине вещества уменьшается. Число электронно-дырочных пар, генерируемых в единице объема за единицу времени фотонами с энергией /iv, пропорционально / и равно $aJ/(hv), где р — коэффициент квантового выхода. Коэффициент квантового выхода показывает, сколько электронно-дырочных пар создает один поглощенный фотон. В области собственного поглощения при условии, что другими механизмами поглощения можно пренебречь, 0 = 1. Согласно (4.4), скорость генерации носителей заряда на расстоянии х от освещенной поверхности полубесконечного образца

Выражение (4.13) описывает спектральную зависимость фотопроводимости полупроводникового материала, так как коэффициент поглощения а зависит от длины волны света. В области собственного поглощения, где поглощение фотона сопровождается генерацией свободных электрона и дырки, коэффициент а=103-;-Ч-106 см"1. Кроме коэффициента поглощения еще две величины зависят от длины волны: коэффициент квантового ныхода р и коэффициент отражения R. При энергиях фотонов, меньших ширины за-

Методы определения параметров. Поверхностная генерация носителей заряда осуществляется, когда коэффициент поглощения очень велик. Она реализуется в коротковолновой области спектра за краем собственного поглощения и предполагает выполнение условия aW^> 1. Тогда

В длинноволновой области за краем собственного поглощения фотопроводимость резко падает за счет уменьшения коэффициента поглощения. Таким образом, при промежуточных значениях а, соответствующих краю поглощения, фотопроводимость достигает максимального значения. Спектральные зависимости фотопроводимости образца, качественно отражающие описанные особенности, представлены на 4.2.

Экспериментальные исследования фотопроводимости на кремнии, арсениде галлия и германии, проведенные в условиях больших приповерхностных изгибов энергетических зон, позволили определить ряд особенностей характеристик фотопроводимости этих материалов. Большие изгибы энергетических зон возникают при некоторых обработках поверхности, воздействии электрического поля (эффект поля), а также при поляризации в электролите. В последнем случае приповерхностный изгиб зон, например для кремния и германия, может быть в несколько раз больше ширины запрещенной зоны. В соответствии с 4.4 при большом изгибе зон спектральное распределение фотопроводимости кремния значительно изменяется: в коротковолновой области спектра появляется новый максимум, который превосходит обычный максимум на краю собственного поглощения. При этом электрическое поле объемного заряда препятствует притоку к поверхности основных носителей заряда, ограничивая интенсивность процессов рекомбинации на поверхности. Одновременно с этим происходит снижение интенсивности объемной рекомбинации в приповерхностной области объемного заряда. Эти процессы увеличивают эффектней эе время жизни носителей заряда по сравнению с его значением в условиях электронейтральности; они влияют на характеристики фотопроводимости полупроводника.

Для создания однородной генерации носителей заряда во всем объеме образца используют оптические фильтры, с помощью которых выделяют узкий интервал длин волн, приход зщийся на край собственного поглощения, где коэффициент поглощения невелик. Самым подходящим для этого является фильтр из того же полупроводникового материала, что и исследуемый образец. При этом толщина фильтра должна быть больше толщины of разца.

Пусть полупроводниковый образец в виде тонкой пластины освещается монохроматическим светом из области собственного поглощения. Протяженность области объемного заряда вблизи поверхности мала по сравнению с диффузионной длиной и а""1. При этом определение избыточной концентрации носителей заряда, например дырок, аналогично рассмотренному в § 4.1, т. е. избыточную концентрацию носителей заряда рассчитывают по (4.10) с учетом коэффициентов (4.11) и (4.12). Если предположить, что образец достаточно толстый, т. е. w^>Lp и w"^>l/,a, то избыточная концентрация носителей заряда на поверхности

Спектральную зависимость фотомагнитного тока можно проанализировать на основании уравнений (4.73) и (4.74). На краю собственного поглощения по мере уменьшения длины волны излучения коэффициент поглощения возрастает, что ведет к росту фотомагнитного тока. Однако по сравнению с фотопроводимостью рост фотомагнитного тока начинается при больших энергиях фотонов и происходит более круто. Это связано с тем, что для возникновения фотомагнитоэлектрического эффекта необходима не только генерация носителей заряда, но и возникновение градиента их концентрации, что возможно лишь в том случае, когда поглощение света происходит в приповерхностной области образца. Из соотношений (4.73) и (4.74) следует, что при aL=l ток короткого замыкания в два раза меньше, чем при а->-оо. Это справедливо при любой скорости поверхностной рекомбинации. В отличие от /фмэ фотопроводимость уменьшается вдвое при значении aL, зависящем от других параметров.

При измерении интенсивности отраженного света угол падения светового луча обычно отличен от нуля и составляет 5 — 10°, поскольку коэффициент отражения при таких углах падения практически не отличается от его значения при нормальном падении. Условие fe
Так как коэффициент поглощения а в коротковолновой области за краем собственного поглощения достигает больших значений (104 — 105 см~'), то для исследований необходимы образцы толщиной примерно 10~4 — 10"5 см. Изготовление образцов такой толщины обычными способами механической шлифовки и полировки представляет собой довольно сложную задачу. Наименьшая толщина образца, которую можно получить путем механической обработки для многих полупроводниковых кристаллов, составляет примерно 1 мкм. С помощью последующего химического травления это значение может быть уменьшено. Получение тонких образцов производят методами вакуумного напыления или по технологии производства монокристаллических эпитаксиальных слоев. Для кристаллов, обладающих слоистой структурой, тонкие образцы можно получить путем отщепления поверхностного слоя с помощью наклеенной на поверхность кристалла пленки.