CC BY
1
ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСОБОЙ ФОРМЫ ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФОТОЗЯРЯДНОГО ЭФФЕКТА
П.Г. Харламов, магистрант
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (Россия, пгт. Менделеево)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-6-3-229-233
Аннотация. В статье рассматривается такое малоизученное явление как фотозарядный (или фотозарядовый) эффект. На данный момент неизвестна точная природа этого феномена, он может быть, как самостоятельным явлением, так и являться совокупностью нескольких других известных явлений. В рамках исследования этого явления проверялись различные измерительные камеры и влияние формы электрода на величину фотозарядного эффекта, поскольку утверждалось что особая форма электрода может послужить своеобразным усилителем данного явления. В статье приводятся результаты экспериментов с двумя типами электродов плоским и каплевидной формы, и рассматривается действительно ли применение электродов особой, каплевидной формы даёт увеличение измеряемого сигнала генерируемого фотозарядным эффектом.
Ключевые слова: фотозарядный эффект, измерительная камера, фотоэффект, каплевидный электрод, усиление заряда, полупроводники.
Фотозарядный эффект - это явление перераспределения заряда, возникающее под действием падающего излучения [1, 2]. Эффект проявляется при облучении различных материалов модулированным излучением в широком диапазоне длин волн. Однако на данный момент точная природа и механизм этого явления не установлен.
В статье Мартьянова П.С. «Особенности фотозарядового эффекта на природных материалах» [3] было высказано предположение что особая каплевидная форма электродов создает «геометрическое усиление», в этой работе будет проверено экспериментально это предположение.
Для проверки этой гипотезы разработаны два вида измерительных камер, с применением каплевидных электродов, а также с простим плоским электродом. Обе камеры представляют собой закрытый
экранированный объём, на стенке которого расположен разъём для подключения измерительного оборудования.
Камера с электродами специальной формы выполнена в виде цилиндра высотой 65 мм и диаметром 70 мм, закрытый круглыми крышками с обеих сторон. С верху располагаются входные окна для облучения образцов диаметром 10 мм. Отверстия снабжены местами для расположения стеклянных окон, покрытых оксидом индия-олова (1ТО) для дополнительного экранирования и фиксирующей пластиной. В нижней части располагаются два 9 мм отверстия с резьбой для установки выходных разъёмов. Электроды каплевидной формы устанавливаются посредством пайки непосредственно на центральный контакт разъёма (рис. 1).
Рис. 1. Камера с электродами специальной формы. 1 - нижняя крышка; 2 - разъём; 3 - каплевидный электрод; 4 - прижимная пластина; 5 -верхняя крышка; 6 - фиксатор стекла; 7 - стекло; 8 - корпус камеры.
Вторая камера представляет собой коробку размерами 100x100 мм и высотой 61 мм. Коробка выполнена из фольгиро-ванного стеклотекстолита. На верхней крышке находится входное отверстие и место крепления бленды. Бленда необходима для уменьшения влияния входящего излучения, попадающего под углом отличным от прямого. Конструкция бленды - это цилиндр высотой 64,5 мм и диаметром 40 мм в верхней части бленды располагается крышка с входным окном диаметром 5 мм. Тело бленды внутри снабжено перегородками, отсекающими часть
света, входящего пол углом отличным от 90° в нижней части находятся выходное и крепёжные отверстия.
На одной из боковых стенок камеры находится отверстие для выходного разъёма, подключенного центральным контактом к электроду внутри камеры, а внешним контактом к стенке камеры. В нижней части камеры располагается платформа, выполненная из диэлектрика, на платформе расположен центральный электрод, к которому через непрозрачный лист диэлектрика прижат исследуемый образец посредством специальных зажимов.
Рис. 2. Камера с электродами плоской формы. 1 - корпус камеры; 2 - диэлектрическая платформа; 3 - разъём; 4 - образец, диэлектрик и электрод; 5 - фиксатор образца; 6 - крышка камеры; 7 - корпус бленды; 8 - крышка бленды.
Для регистрации фотозарядного эффекта использовались образцы пластин из кремния двух типов N и Р. К обеим типам камер подключались одинаковые измерительные схемы, и применялся одинаковый источник излучения. Источник излучения представляет собой управляемый генератором светодиод белого спектра, обеспечивающий модулированный по амплитуде поток излучения. На источнике излучения также находится поляризационный фильтр переменной плотности для регулирования мощности излучения, не изменяя других параметров эксперимента. Сигнал реги-
стрируется цифровым осциллографом с функцией записи, а затем накапливается методом синхронного накопления с помощью специальной программы, написанной в среде МаЙаЬ.
В результате обработки получены следующие графики (рис. 3). На кремнии Р-типа проявляется положительная реакция амплитудой 5х10-4 В. Разница между камерами составляет <4x10-5 В. Форма сигналов полностью совпадает, камера с электродами каплевидной формы даёт незначительно более шумный результат.
-Плоский электрод -^-Каплевидный электрод Рис. 3. Форма сигнала для образца кремния Р-типа
Для кремния К-типа наблюдается аналогичная картина (рис. 4), однако сигнал имеет отрицательную полярность что вполне ожидаемо, поскольку различные материалы могут иметь уникальный отклик на излучение [4, 5]. Амплитуда сиг-
нала составила 8х10-3 В, форма сигнала обеих камер совпадает, наблюдается также незначительная разница в амплитуде (3х10-4 В) что объясняется отличиями в размерах электродов и образцов, находящихся на них.
ш
0,004
0,002
-0,002
□ -0,004
3
■0,006
-0,008
-0,01
Реакция образцов кремния N-типа
0,0001
0,0002
0,0003
0,0004
Время, с
-•-Плоский электрод -^-Каплевидный электрод Рис. 4. Форма сигнала для образца кремния К-типа.
0,0005
Заключение. В результате проведённых экспериментов влияние формы электродов на амплитуду сигналов не обнаружено, небольшие различия обусловлены в
большей степени несовершенством эксперимента нежели формой электродов. Таким образом нет необходимости усложнять систему таким типом электродов.
Библиографический список
1. Курчанов А.Ф., Епихина Г.Е., Ефреев З.Л., Фаенов А.Я. Наблюдение фотоэлектрического эффекта при воздействии лазерного излучения на металлы и полупроводники // Квантовая электроника. - 1988. - Vol. 15, № 4. - P. 720-725.
2. Pustovoit V.I., Borissov M., Ivanov O. Photon-charge effect in conductors // Physics Letters A. - 1989. - Vol. 135, № 1. - P. 59-61.
3. Мартьянов П.С. Особенности фотозарядового эффекта на природных материалах // Техника. Технологии. Инженерия. - 2017. - Vol. 4, № 6. - P. 1-8.
4. Das P., Mihailov V., Ivanov O., Gueorgiev V., Andreev S., Pustovoit V.I. Contactless characterization of semiconductor devices using surface photocharge effect // IEEE Electron Device Letters. - 1992. - Vol. 13, № 5. - P. 291-293. - DOI: 10.1109/55.145057.
5. Davydov I., Ivanov O., Svircov D., Georgiev G., Odrinsky A., Pustovoit V. Contactless Spectrosopy of Deep Levels in Semiconducting Matepials: GaAs // Spectroscopy Letters. -1994. - Vol. 27, № 10. - P. 1281-1288.
TESTING THE EFFECTIVENESS OF A SPECIALLY SHAPED ELECTRODE FOR RECORDING THE PHOTOCHARGE EFFECT
P.G. Kharlamov, Graduate Student
Federal State Unitary Enterprise "VNIIFTRI"
(Russia, Mendeleevo)
Abstract. The article discusses such a little-studied phenomenon as the photocharge effect. At the moment the exact nature of this phenomenon is unknown, it can be both an independent phenomenon and a combination of several other known phenomena. As part of the study of this phenomenon tested various measuring chambers and the influence of the shape of the electrode on the magnitude of the photocharge effect, because it is argued that the special shape of the electrode can serve as a kind of amplifier of this phenomenon. The paper presents the results of experiments with two types of electrodes, flat and drop-shaped, and examines whether the use of special, drop-shaped electrodes really gives an increase in the measured signal generated by the photocharge effect.
Keywords: photocharge effect, measuring chamber, photoeffect, drop electrode, charge amplification, semiconductors.
