МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. И.И. МЕЧНИКОВА
Кафедра экспериментальной физики
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕНСИТОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА CdS-Cu2S.
Дипломная работа
студента 5-го курса
физического факультета
Барды Алексея Валерьевича
Научные руководители –
канд. ф.-м. наук,
доцент Виктор П.А.
ст.н.с. Борщак В.А.
О Д Е С С А - 2000 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 3
ГЛАВА I. ГЕТЕРОПЕРЕХОД CdS-Cu2S, ЕГО СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ. 5
§ 1. Общие свойства гетеропереходов. 5
§ 2. Модели токопереноса в гетеропереходе CdS – Cu2S. 9
§ 3. Фотоэлектрические свойства гетероперехода CdS-Cu2S. 12
§ 4. Механизмы выброса захваченного заряда в ОПЗ гетероперехода CdS-Cu2S. 15
§ 5. Технология изготовления гетеропары CdS-Cu2S. 19
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЕНСИТОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕТЕРОПЕРЕХОДА CdS-Cu2S И ИХ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. 25
§ 6. Общие понятия о сенситометрии. 25
§ 7. Описание экспериментальной установки. 27
§ 8. Исследование сенситометрических характеристик преобразователя изображения на основе гетероперехода CdS-Cu2S. 29
§ 9. Моделирование и компьютерный расчет характеристических кривых. 33
ВЫВОДЫ 37
ЛИТЕРАТУРА. 38
ВВЕДЕНИЕ.
Исследование гетеропереходов представляет собой важный раздел физики полупроводниковых приборов, который сформировался в последние четыре десятилетия на основе изучения эпитаксиального выращивания полупроводников.
Барьеры на диаграмме энергетических зон, связанные с различием в ширине запрещенной зоны двух полупроводников открывают новые возможности для конструкторов.
Гетеропереходы используются в лазерах, вычислительной технике, интегральных схемах. Электрооптические свойства гетеропереходов нашли практическое применение в фототранзисторах и в солнечных элементах.
Однако в этой области имеется еще много нерешенных проблем, многие классы гетеропереходов еще ожидают своего тщательного изучения и применения.
Основная часть достижений в исследованиях гетеропереходов связана с использованием гетеропары GaAs-AlGaAs, в которой осуществлен так называемый идеальный гетеропереход. При этом использованы полупроводники с однотипной кристаллической решеткой, которые имеют настолько близкие значения постоянных своих решеток, что на границе не возникает электрически активных дефектов.
Однако физика и техника гетеропереходов имеют и другой важный аспект - создание, исследование и практическое применение неидеальных гетеропереходов. Такие структуры образованы поликристаллическими полупроводниками с несовпадающими константами кристаллических решеток, зачастую и различных решеточных симметрии. В неидеальных гетеропереходах наблюдается большой набор различных эффектов и явлений, связанных с различными свойствами полупроводников по обе стороны границы, а также с появлением большого количества электрически активных дефектов на гетерогранице, принимающих участие в токопереносе, поглощении и излучении световых квантов.
Перспективность практического применения неидеальных гетеропереходов связана в первую очередь с более экономичной технологией создания поликристаллических гетероструктур в сравнении с монокристаллическими.
Одним из направлений в изучении неидеальных гетеропереходов является возможность применения критериев, разработанных в классической фотографической сенситометрии, к преобразователям оптического изображения в электрический сигнал на основе гетероперехода CdS-Cu2S.
Целью данной работы является создание математической модели характеристической кривой и расчет основных сенситометрических характеристик (г-коэфициент контрастности и S-фоточувствительность) формирователя сигнала изображения (ФСИ) на основе гетероперехода CdS-Cu2S, используя в качестве исходных данных характеристики локальных центров в гетеропереходе.
ГЛАВА I. ГЕТЕРОПЕРЕХОД CdS-Cu2S, ЕГО СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.
§ 1. Общие свойства гетеропереходов.
Гетеропереходом называется контакт двух различных по химическому составу полупроводников. Если полупроводники имеют одинаковый тип проводимости, то они образуют изотипный гетеропереход. Если тип их проводимости различен, то получается анизотипный гетеропереход.
Для получения идеальных монокристаллических гетеропереходов без дефектов решетки и поверхностных состояний на границе раздела необходимо, чтобы у полупроводников совпадали типы кристаллических решеток, их периоды и коэффициент термического расширения. Для их получения периоды решеток должны совпадать с точностью ~0,1%. Пример идеального гетероперехода: GaAS -AIGaAS [1].
Модель зоны структуры идеального резкого гетероперехода без ловушек на границе раздела была предложена Андерсеном, который использовал результаты работы Шокли [2].
На рис.1 приведена зонная диаграмма двух изолированных полупроводников, у которых различные значения ширины запрещенной зоны Еg , диэлектрической проницаемости e, работы выхода jm и электронного сродства c.
Работа выхода и электронное сродство определяются как энергия, необходимая для удаления электрона с уровня Ферми Еf и со дна зоны проводимости Еc в вакуум соответственно. Различие в положении дна зоны проводимости полупроводников обозначено DЕc; а различие в положении потолка валентной зоны ДEv. На рисунке 1 показан случай, когда ДЕc=(ч1-ч2).