Устройство для изучения тензочувствительности в фоточувствительных полупроводниковых пленках

АННОТАЦИЯ

Разработано устройство, для изучения тензочувствительности в фоточувствительных широкозонных полупроводниковых тонких пленках. Устройство позволяет изучать тензочувствительности в фоточувствительных широкозонных полупроводниковых тонких пленках при освещении естественным и монохраматическом светом в пределах деформации от -2*10^-3  до 2*10^-3 отн ед. При этом, это устройство дает возможность одну и ту же пленку деформировать многократно без ее разрушения.

ABSTRACT

A device has been developed for studying strain sensitivity in photosensitive wide-gap semiconductor thin films. The device allows the study of strain sensitivity in photosensitive wide-gap semiconductor thin films when illuminated with natural and monochromatic light within the deformation range from -2 * 10-3 to 2 * 10-3 rel. At the same time, this device makes it possible to deform the same film repeatedly without destroying it.

Ключевые слова: тензочувствительность, фоточувствительность, деформация, полупроводниковая плёнка, растяжения, сжатия, фототензодатчик. 

Keywords: strain sensitivity, photosensitivity, deformation, semiconductor film, tension, compression, phototensor.

Введение

Для увеличения чувствительности полупроводников к внешним воздействиям (температура, освещение, магнитное поле, механическое давление и др.) в них вводятся примеси, образующие глубокие уровни в запрещенной зоне. Влияние механической деформации на свойства полупроводников с глубокими уровнями и приборов на их основе исследовалось  авторами работы[ 1,2].

В настоящее время экспериментально установлено, что под действием механический деформации изменяется энергия ионизации глубоких примесных центров это, в свою очередь, обусловливает изменение концентрации и времени жизни носителей заряда в деформированном полупроводнике с глубокими примесными центрами[3,4].

Изучение эффекта тензочувствительности в фоточувствительных полупроводниковых материалах и создание на их основе приемников звука, датчиков давления, фотоприемников ИК-излучения и фото – тензодатчиков в широком спектральном диапазоне определяет новую область физики и техники полупроводников и полупроводниковой тензометрии [5-8]. Создание оригинальных тензооптоэлектронных устройств стимулирует дальнейшее изучение новых тензометрических явлений в активированных пленочных элементах.

Экспериментальные результаты и их обсуждения

Разработано устройства для деформации образцов, из широкозонных полупроводниковых тонких пленок при освещении естественным  монохроматическим светом, как показано на рис.1.

Рисунок 1. Устройство для деформирование тонких полупроводниковых пленок при освещении естественным и монохроматическим светом

В устройстве для деформирования полупроводниковых тонких пленок при освещении естественным и монохроматическим светом, содержанием размещенные в корпусе консольною закрепленную подложку, зеркало, осветитель и фокусирующую систему, в верхней стенке корпуса выполнено отверстие для токопроводов, подсоединенных к электрометру, в одной из боковых стенок корпуса выполнены отверстия для микрометра, заостренный конец которого направлен к свободному концу подложки, и для руки регулятора поворота зеркала, подпружиненного к корпусу, а в другой боковой стенке корпуса – отверстие для прохождения излучения от монохроматора через линзу.

На рис.1. схематично показано устройство, а рис. 2. – Г-образная стойка. Устройство для деформирования образцов полупроводниковых тонких пленок при освещении монохроматическим светом содержит размещенные в корпусе 1 с крышкой, 2 Г-образную стойку, 3 с консольною отверстие 11. В одной из боковых стенок корпуса 1 находится отверстие 12 для микрометра 13 с рукояткой 14. Заостренный конец 15 микрометра направлен к свободному концу подложки 4. В этой же стенке корпуса 1 выполнено отверстие 16 для ручки 17 поворота расположенного в корпусе 1 зеркала 18 с пружиной 19, а в другой боковой стенке корпуса 1-отверстие 20 для прохождения излучения от монохроматора 21 через линзу 22.

Рисунок 2. Г-образная стойка для подкрепления образцов

Устройство для деформирования образцов полупроводниковых тонких пленок при освещении монохроматическом светом работает следующим образом. На подложку 4-стеклянную пластину приклеивают образец 5-полупроводниковую фоточувствительную пленку. Подложку 4 подкладывают под планку 8, которую прикрепляют винтами 9 к – Г-образной стойке 3., закрепленными подложкой 4 и образцом 5 – полупроводников фоточувствительной пленкой.

На противоположных концах фоточувствительные пленки выполнены контакты 6 с токопроводами 7. К стойке 3 крепится планка винами 9. В верхней стенке корпуса 1 выполнено для подсоединения токопроводов 7 к электрометру 10

Монохроматический свет от монохроматора 21 через линзу 22 поступает на зеркало 18. Угол поворота 18 регулируют вручную ручкой 17. Отраженный от зеркала 18 монохроматический свет направляет на полупроводниковую фоточувствительные пленку 5. Одновременно к нижней части подложки 4 перпендикулярно ее плоскости вращением рукоятки 14 микрометра 13 подводят заостренный конец 15 до упора. Микрометром 13 замеряют величину относительного удлинения растяжение образца 5 путем изгиба. Одновременно замеряют величину фотонапряжения электрометром 10. Затем монохроматор 21 отключают, заостренный конец 15 микрометра 13 отодвигают от подложки 4 вращением рукоятки 14.

Откручивают винты 9, снимают планку 8, подложку 4 с образцом 5 поворачивают на 180⁰, планку 8 основа прикручивают винтами 9, включают монохроматор 21 и на тыльную сторону подложки 4 направляют монохроматический свет от монохроматора 21 и далее процесс повторяют.

Микрометром 13 измеряют укорочение – сжатие подложки 4 и рассчитывают величину относительной деформации полупроводниковой фоточувствительные пленки по формуле

   ,

где с – расстояние от нейтральной оси подложки до пленки; l – длина под-ложки между опорой и точкой приложения силы; Dy – прогиб свободного конца подложки в точке приложения силы.

Деформация находится в интервале от -2×10^-3 до 2×10^-3отн.ед. Это позволяет одну и ту же пленку деформировать многократно без ее разрушения.

Устройство для деформирования образцов полупроводниковых тонких пленок, отличающееся тем, что в верхней стенке корпуса выполнено отверстие для токопроводов подсоединенных к электрометру, в одной из боковых стенок корпуса-отверстия для микрометра, заостренный конец которого направлен к свободному концу подложки, и для ручки регулятора поворота зеркала, подпружинного к корпусу, а в другой боковой стенке корпуса – отверстие для прохождения излучения от монохроматора через линзу.

В этих устройствах можно изучать влияние деформации на спектральной чувствительности в широкозонных полупроводниковых тонких пленках при освещении естественным и монохраматическом светом¹.

Заключение

Предлагаемое устройство для деформирования образцов полупроводниковых тонких пленок при освещении естественным и монохроматическим светом обладает быстротой и точностью замера (в пределах погрешности 0,01%) и высокой чувствительностью, не требует применение сложных и дорогих усилителей сигналов в измерительных схемах.

Таким образом, здесь отмечены наиболее существенные моменты, характерные для проводимости неоднородных пленок, изменение их проводимости при деформации. Это устройства можно применять для различных конкретных случаев исследования фотоэлектрических явлений в неоднородных полупроводниковых пленках, для выяснения фототензочувствительности в спектральном  диапазоне (0,9 -2,5) мкм.

_________________________________________________________________

_{¹Результаты исследования по спектральной чувствительности описаны в отдельных работах.}

Список литературы:
1. Атакулов Б.А., Абдуллаев Э.А.,Афузов А.Я.,Билялов Э.И., Рахимов А.У. Деформационные эффекты в неоднородных полупроводниках. //“Фан”. Ташкент. 1978. 275 с.
2. Каримов М., Султонов Ш.Д. Влияние механической деформации на фотоэлектрические свойства поликристаллических пленках CdSexS1-x.Научно-технический журнал ФерПИ . 2004. № 2. С. 20-23.
3. Алимов Н.Э., Ботиров К.А., Мовлонов П., Отажонов С.М., Халилов М.М. Изучение деформационных эффектов в нанокристаллических фоточувствительных активированных тонких пленках р-СdTe. Журнал физики и инженерия поверхности, 2016, том 1, С. 140-144.
4. Гулямов Г., Гулямов А.Г. Тензочувствительность р-п перехода при освещении .Физика и техника полупроводников. 2015, том 49. № 6. С.839-842.
5. Мокров Е.А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производства. Направления развития. // Датчики исистемы. 2000. №1. С.28-30.
6. Кольман Е.М., Беклемищев А.И., Липешонков А.И. Тензометрическая система. // Датчики и системы. 2004. №3. С.18-20.
7. Зуев В.А. Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах. // Сов. Радио.Москва. 1977.256 с.
8. Озаренко А.В.Разработка полупроводниковых тензочувствительных элементов для систем неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния материалов. Диссертация на соис. учен. степени.канд. технич. наук./ Озаренко Александр Валентинович. Тамбов. 2008. 131с.
9. Вайткус Ю.Ю.,Отажонов С.М., Юлдашев Н.Х. “О механизме образования высоковольтной фото-ЭДС в тонких косонапыленных пленках СdTe: Аg при собственном и примесном поглощении”,Физическая инженерия поверхности (ФИП) .2005. том 3 № 3-4 С. 219-227 .