RU2463616C2 - Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors - Google Patents
Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2463616C2 RU2463616C2 RU2010153648/28A RU2010153648A RU2463616C2 RU 2463616 C2 RU2463616 C2 RU 2463616C2 RU 2010153648/28 A RU2010153648/28 A RU 2010153648/28A RU 2010153648 A RU2010153648 A RU 2010153648A RU 2463616 C2 RU2463616 C2 RU 2463616C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quantum yield
- measuring
- photoelectric effect
- wavelength
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованию оптических свойств и метрологии полупроводников и фотоэлектрических структур, а именно к измерению квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.The invention relates to the study of the optical properties and metrology of semiconductors and photovoltaic structures, namely to measuring the quantum yield of the internal photoelectric effect in semiconductors.
Квантовый выход внутреннего фотоэффекта в полупроводниках определяется как количество электронно-дырочных пар, генерируемых при поглощении одного фотона.The quantum yield of the internal photoelectric effect in semiconductors is defined as the number of electron-hole pairs generated by the absorption of one photon.
Существующие способы измерения электрофизических параметров носителей заряда основываются на теоретическом положении, что квантовый выход внутреннего фотоэффекта κ(λ) равен нулю при длинах волн излучения λ, равных или больше красной границы фотоэффекта, λg=hc/Eg, где Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме, и равен единице в области собственного поглощения полупроводника λ<λg. Однако в действительности квантовый выход внутреннего фотоэффекта, начиная со значения κ(λg)=0, резко растет до единицы при уменьшении длины волны излучения в области λg/2≤λ≤λg, а в далекой коротковолновой области λ<λ0=λg/2, где энергия фотона достаточна для образования двух и более электронно-дырочных пар, может значительно и даже в несколько раз превышать единицу.The existing methods for measuring the electrophysical parameters of charge carriers are based on the theoretical position that the quantum yield of the internal photoelectric effect κ (λ) is zero at radiation wavelengths λ equal to or greater than the red border of the photoelectric effect, λ g = hc / E g , where E g is the forbidden width semiconductor zone, h is the Planck constant, c is the speed of light in vacuum, and is equal to unity in the region of the intrinsic absorption of the semiconductor λ <λ g . However, in reality, the quantum yield of the internal photoelectric effect, starting from the value κ (λ g ) = 0, increases sharply to unity with decreasing radiation wavelength in the region λ g / 2≤λ≤λ g , and in the far short-wavelength region λ <λ 0 = λ g / 2, where the photon energy is sufficient for the formation of two or more electron-hole pairs, can significantly and even several times exceed unity.
Отсутствие в настоящее время достаточно достоверных способов измерения величины квантового выхода внутреннего фотоэффекта обуславливает возможные большие ошибки при обычных способах определения диффузионных и рекомбинационных параметров в тонких поверхностных слоях фотодиодных структур и фотопреобразователей и при оценке рекомбинационных параметров освещаемой поверхности.The lack of sufficiently reliable methods for measuring the quantum yield of the internal photoeffect currently causes possible large errors with conventional methods for determining diffusion and recombination parameters in thin surface layers of photodiode structures and photoconverters and in evaluating the recombination parameters of the illuminated surface.
Известен способ определения внутреннего квантового выхода для светодиодных структур (А.с. СССР №1005605, 1982, МПК H01L 21/66), основанный на совместном измерении фототока короткого замыкания, потока фотолюминесценции и внешнего квантового выхода электролюминесценции в полупроводниковых структурах с p-n-переходом.A known method for determining the internal quantum yield for LED structures (AS USSR No. 1005605, 1982, IPC H01L 21/66), based on the joint measurement of the short circuit photocurrent, photoluminescence flux and the external quantum electroluminescence quantum yield in semiconductor structures with a p-n junction.
Недостатками указанного способа являются громоздкость и сложность конструкции устройства измерения, низкие точность и достоверность из-за совместного измерения параметров сразу трех различных фотоэлектрических и электрофизических явлений в полупроводниках, связанных между собой, низкая чувствительность.The disadvantages of this method are the bulkiness and complexity of the design of the measuring device, low accuracy and reliability due to the joint measurement of the parameters of three different photoelectric and electrophysical phenomena in semiconductors connected together, low sensitivity.
В качестве прототипа принят способ измерения квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках (Вавилов B.C., Брицын К.И. О квантовом выходе внутреннего фотоэффекта в германии. ЖЭТФ, т.34, вып.2, 1958, с.521), включающий подачу электромагнитного излучения на поверхность фотоприемника, измерение спектральной чувствительности, определение коэффициента отражения и вычисление квантового выхода.As a prototype, a method has been adopted for measuring the quantum yield of the internal photoelectric effect in semiconductors (Vavilov BC, Britsyn K.I. On the quantum yield of the internal photoelectric effect in Germany. JETP, v. 34,
Указанный способ основан на измерении фототока в плоском полупроводниковом фотопреобразователе, включающем тонкий легированный слой на всей освещаемой поверхности, плоский p-n-переход на малой глубине от поверхности и невыпрямляющий контакт на тыльной стороне. Для определения квантового выхода производится измерение спектрального фототока для длин волн в глубине основной полосы поглощения полупроводника, соответствующих условию полного поглощения излучения в легированном слое, и определение коэффициента разделения носителей заряда. Расчеты производятся при условии, что коэффициент разделения носителей заряда не зависит от длины волны излучения, а встроенное электрическое поле существует только в области p-n-перехода, т.е. легированный слой является однородным. Однако используемые в прототипе фотоприемники реально этим условиям не соответствуют.The specified method is based on measuring the photocurrent in a flat semiconductor photoconverter, including a thin doped layer on the entire illuminated surface, a flat pn junction at a shallow depth from the surface and a non-rectifying contact on the back side. To determine the quantum yield, the spectral photocurrent is measured for wavelengths in the depth of the main absorption band of the semiconductor corresponding to the condition for complete absorption of radiation in the doped layer, and the separation coefficient of charge carriers is determined. The calculations are performed under the condition that the separation coefficient of the charge carriers does not depend on the radiation wavelength, and the built-in electric field exists only in the pn junction region, i.e. the doped layer is uniform. However, the photodetectors used in the prototype do not really meet these conditions.
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
- сложность процесса измерений, т.к. для определения квантового выхода необходимо измерение нескольких физических величин и использование теоретической модели переноса носителей заряда в полупроводниковом слое;- the complexity of the measurement process, because to determine the quantum yield, it is necessary to measure several physical quantities and use a theoretical model of charge carrier transfer in the semiconductor layer;
- низкие достоверность и точность результатов измерений, узкий спектральный диапазон, т.к. использованная модель однородного легированного слоя не соответствует реальным структурам фотопремника, содержащим неоднородное распределение легирующих примесей, которое приводит к возникновению встроенных электрических полей; использованное условие, что коэффициент разделения носителей заряда не зависит от длины волны излучения, не справедливо для реальных фотоприемников прототипа с неоднородными легированными слоями на освещаемой поверхности; не учитывается возможность возникновения на поверхности легированного слоя так называемого «мертвого слоя», в котором не происходит фотогенерация и перенос носителей заряда.- low reliability and accuracy of the measurement results, a narrow spectral range, because the used model of a homogeneous doped layer does not correspond to the real structures of the photo-successor containing an inhomogeneous distribution of dopants, which leads to the appearance of built-in electric fields; the condition used, that the separation coefficient of the charge carriers does not depend on the radiation wavelength, is not valid for real photodetectors of the prototype with inhomogeneous doped layers on the illuminated surface; the possibility of the appearance of the so-called “dead layer” on the surface of the doped layer, in which photogeneration and transfer of charge carriers does not occur, is not taken into account.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса измерения, повышение точности и достоверности измерений, расширение спектрального диапазона.The task of the invention is to simplify the measurement process, increase the accuracy and reliability of measurements, expand the spectral range.
Вышеуказанный результат достигается тем, что в способе измерения квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках, включающем подачу электромагнитного излучения на поверхность фотоприемника, измерение спектральной чувствительности, определение коэффициента отражения и вычисление квантового выхода, в качестве фотоприемника используются фотоэлектрические мезоструктуры, в которых коэффициент разделения носителей заряда является неизменным в широкой спектральной области длин волн, меньших характеристической длины волны структуры, и характеризующиеся теоретической моделью расчета, измеряется одна физическая величина и квантовый выход излучения с длиной волны λ определяется формулойThe above result is achieved by the fact that in the method for measuring the quantum yield of the internal photoelectric effect in semiconductors, which includes applying electromagnetic radiation to the surface of the photodetector, measuring spectral sensitivity, determining the reflection coefficient and calculating the quantum yield, photoelectric mesostructures are used as the photodetector, in which the carrier separation coefficient is unchanged in a wide spectral region of wavelengths shorter than the characteristic wavelength structure, and characterized by calculating a theoretical model, one measured physical quantity and the quantum yield of the radiation of wavelength λ is determined by the formula
где λ0=hc/2Eg - длина волны, при которой квантовый выход априорно равен единице, Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме, J(λ) - спектральная чувствительность мезоструктуры на длине волны λ, R(λ) - коэффициент отражения излучения.where λ 0 = hc / 2E g is the wavelength at which the quantum yield is a priori one, E g is the band gap of the semiconductor, h is the Planck constant, c is the speed of light in vacuum, J (λ) is the spectral sensitivity of the mesostructure over the length waves λ, R (λ) is the reflection coefficient of radiation.
Также повышение точности и достоверности измерений, расширение спектрального диапазона достигаются тем, что дополнительно проводится контроль разброса в измерениях квантового выхода внутреннего фотоэффекта на мезоструктурах с пассивированной частью рабочих поверхностей, свободных от барьеров, разделяющих носители, и контактов к ним.Also, increasing the accuracy and reliability of measurements, expanding the spectral range is achieved by the additional control of the spread in the measurements of the quantum yield of the internal photoelectric effect on mesostructures with a passivated part of the working surfaces free from barriers separating carriers and contacts to them.
Для повышения точности измерений и расширения спектрального диапазона также дополнительно определяются зависимости квантового выхода от физико-химических свойств полупроводника и используются фотоэлектрические мезоструктуры с разным химическим составом, разным типом и уровнем легирования, а также упрощение процесса измерений достигается тем, что используется одна мезоструктура.To increase the accuracy of measurements and expand the spectral range, the dependences of the quantum yield on the physicochemical properties of the semiconductor are also additionally determined, and photoelectric mesostructures with different chemical compositions, different types and levels of doping are used, as well as the simplification of the measurement process is achieved by using one mesostructure.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2.
На фиг.1 приведены реальные зависимости, полученные для обычных фотоприемников.Figure 1 shows the real dependencies obtained for conventional photodetectors.
На фиг.2 приведены спектральные зависимости коэффициента разделения носителей заряда Q(λ), рассчитанные для кремниевых фотоприемников в виде мезоструктур.Figure 2 shows the spectral dependences of the separation coefficient of charge carriers Q (λ) calculated for silicon photodetectors in the form of mesostructures.
На фиг.1 представлены зависимости: для легированного слоя - 1; для базы - 2; суммарный коэффициент - 3. Измеряемый фотоприемник содержит поверхностный легированный слой толщиной 1 мкм с поверхностной рекомбинацией в нем 106 см/с и базу.Figure 1 presents the dependence: for the alloyed layer - 1; for the base - 2; the total coefficient is 3. The measured photodetector contains a surface doped
На фиг.2 зависимости представлены для ряда значений скорости поверхностной рекомбинации: зависимость для скорости поверхностной рекомбинации 104 см/с - 4; зависимость для скорости поверхностной рекомбинации 103 см/с - 5; зависимость для скорости поверхностной рекомбинации 102 см/с - 6; зависимость для скорости поверхностной рекомбинации 0 см/с - 7. Ширина p-n перехода на освещаемой поверхности измеряемой фотоэлектрической мезоструктуры и металлического контакта к нему w=4 мкм, толщина базовой области р-типа d=300 мкм и диффузионная длина неосновных носителей заряда в этой области (электронов) L=158 мкм.In Fig.2, the dependences are presented for a number of surface recombination rate values: the dependence for the surface recombination rate is 10 4 cm / s - 4; the dependence for the surface recombination rate of 10 3 cm / s - 5; the dependence for the surface recombination rate of 10 2 cm / s - 6; the dependence for the
Каждая используемая фотоэлектрическая мезоструктура для измерения характеризуется теоретической моделью расчета. Для каждой мезоструктуры определена система уравнений: уравнение для избыточной концентрации неосновных носителей заряда в базовой области фотоэлектрической мезоструктуры при монохроматическом освещении и уравнения граничных условий.Each photoelectric mesostructure used for measurement is characterized by a theoretical calculation model. For each mesostructure, a system of equations is defined: an equation for the excess concentration of minority charge carriers in the base region of the photoelectric mesostructure under monochromatic illumination and equations of boundary conditions.
Исследование такой системы соответствует задаче математической физики для неодномерных структур с разрывом граничных условий на поверхности элемента при х=0. Решение задачи относится к так называемым проблемам Гилберта (Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. // М.: Наука. 1972).The study of such a system corresponds to the problem of mathematical physics for one-dimensional structures with a discontinuity of the boundary conditions on the surface of the element at x = 0. The solution of the problem relates to the so-called Gilbert's problems (Lavrentiev MA, Shabat BV Methods of the theory of functions of a complex variable. // M .: Nauka. 1972).
Ожидаемый результат измерения квантового выхода практически не зависит от фотоэлектрических и рекомбинационных параметров объема и поверхности полупроводника.The expected result of measuring the quantum yield is practically independent of the photoelectric and recombination parameters of the volume and surface of the semiconductor.
Способ позволяет с помощью специальной компьютерной программы находить пространственные распределения концентрации и потоков носителей заряда и определять чувствительность рассматриваемых фотоэлектрических мезоструктур.The method allows using a special computer program to find the spatial distribution of concentration and fluxes of charge carriers and to determine the sensitivity of the considered photoelectric mesostructures.
Спектральная чувствительность мезоструктуры J(λ) [мкА/мВт] определяется выражением:The spectral sensitivity of the mesostructure J (λ) [μA / mW] is determined by the expression:
где: λ [нм] - длина волны излучения; h - постоянная Планка; с - скорость света в вакууме; hc [эВ·мкм]=1,239; R(λ) - коэффициент отражения излучения, κ(λ) - квантовый выход внутреннего фотоэффекта, Q(λ) - коэффициент разделения носителей заряда барьером.where: λ [nm] is the radiation wavelength; h is Planck's constant; c is the speed of light in vacuum; hc [eV · μm] = 1.239; R (λ) is the reflection coefficient of radiation, κ (λ) is the quantum yield of the internal photoelectric effect, Q (λ) is the separation coefficient of charge carriers by the barrier.
Фотопреобразователь прототипа обладает, как и указывалось выше, резко выраженной зависимостью фоточувствительности от длины волны, что подтверждают кривые, приведенные на фиг.1. Это резко контрастирует с используемой в предлагаемом способе мезоструктурой, в которой коэффициент разделения фактически имеет П-образную форму в широкой спектральной области практически при любых значениях скорости поверхностной рекомбинации S. Описанный эффект демонстрируют кривые на фиг.2. Кривые 4-7 соответствуют различным значениям скорости поверхностной рекомбинации: кривая 4 - 104 м/с; кривая 5 - 103 см/с; кривая 6 - 102 м/с; кривая 7 - 0 см/с, и при этом коэффициент разделения фактически имеет П-образную форму в широкой спектральной области.The photoconverter of the prototype has, as indicated above, a pronounced dependence of photosensitivity on the wavelength, which is confirmed by the curves shown in figure 1. This contrasts sharply with the mesostructure used in the proposed method, in which the separation coefficient actually has a U-shape in a wide spectral region for almost any value of the surface recombination rate S. The curves in Fig. 2 demonstrate the described effect. Curves 4–7 correspond to different values of the surface recombination velocity: curve 4–10 4 m / s; curve 5 - 10 3 cm / s; curve 6 - 10 2 m / s; curve 7 - 0 cm / s, and in this case, the separation coefficient actually has a U-shape in a wide spectral region.
Выявленная особенность мезоструктуры фотоприемника, используемого в предложенном изобретении, является физической основой создания высокоэффективного способа измерения квантового выхода.The revealed feature of the mesostructure of the photodetector used in the proposed invention is the physical basis for creating a highly efficient method for measuring the quantum yield.
Современные теоретические представления включают положения, что квантовый выход внутреннего фотоэффекта κ(λ) равен нулю при длинах волн излучения λ, равных или больше красной границы фотоэффекта, λg=hc/Eg, где Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, (κ(λg)=0), и резко растет до единицы при уменьшении длины волны излучения в области λg/2≤λ≤λg, а в далекой коротковолновой области λ<λ0=λg/2, где энергия фотона достаточна для образования двух и более электронно-дырочных пар, может значительно и даже в несколько раз превышать единицу.Modern theoretical concepts include the position that the quantum yield of the internal photoelectric effect κ (λ) is zero at radiation wavelengths λ equal to or greater than the red border of the photoelectric effect, λ g = hc / E g , where E g is the band gap of the semiconductor, (κ ( λ g ) = 0), and increases sharply to unity with decreasing radiation wavelength in the region λ g / 2≤λ≤λ g , and in the far short-wave region λ <λ 0 = λ g / 2, where the photon energy is sufficient for the formation two or more electron-hole pairs, can significantly and even several times exceed one.
Изобретение основано на том, что для длин волн λ<λs, где λs>λ0 - характеристическая длина волны для используемой фотоэлектрической мезоструктуры, коэффициент разделения носителей заряда Q(λ) является практически неизменным. Это позволяет установить следующую связь между спектральной чувствительностью J(λ) в данной области длин волн и спектральной чувствительностью J(λ0) Для длины волны λ0, при которой квантовый выход априорно равен единице (κ(λ0)=1):The invention is based on the fact that for wavelengths λ <λ s , where λ s > λ 0 is the characteristic wavelength for the photoelectric mesostructure used, the carrier separation coefficient Q (λ) is practically unchanged. This allows us to establish the following relationship between the spectral sensitivity J (λ) in a given wavelength region and the spectral sensitivity J (λ 0 ) for a wavelength λ 0 at which the quantum yield is a priori equal to unity (κ (λ 0 ) = 1):
которая используется для экспериментального определения квантового выхода посредством измерения спектральной чувствительности и определения коэффициента отражения излучения в предложенной фотоэлектрической мезоструктуре.which is used to experimentally determine the quantum yield by measuring spectral sensitivity and determining the reflection coefficient of radiation in the proposed photoelectric mesostructure.
Квантовый выход излучения с длиной волны λ в спектральной области λ<λs с неизменным значением коэффициента разделения носителей заряда в структуре определяется формулойThe quantum yield of radiation with a wavelength λ in the spectral region λ <λ s with a constant value of the separation coefficient of charge carriers in the structure is determined by the formula
где λ0=hc/2Eg - длина волны, при которой квантовый выход априорно равен единице, Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме, λs>λ0 - характеристическая длина волны для мезоструктуры, J(λ) - спектральная чувствительность мезоструктуры на длине волны λ, R(λ) - коэффициент отражения излучения.where λ 0 = hc / 2E g is the wavelength at which the quantum yield is a priori unity, E g is the semiconductor band gap, h is the Planck constant, c is the speed of light in vacuum, and λ s > λ 0 is the characteristic wavelength for mesostructures, J (λ) is the spectral sensitivity of the mesostructure at a wavelength λ, R (λ) is the reflection coefficient of radiation.
Для повышения чувствительности измерений за счет снижения поверхностной рекомбинации полупроводника и для контроля разброса в измерениях квантового выхода внутреннего фотоэффекта дополнительно используются мезоструктуры с пассивированной частью рабочих поверхностей, свободной от барьеров, разделяющих носители, и контактов к ним.To increase the sensitivity of measurements by reducing the surface recombination of the semiconductor and to control the scatter in the measurements of the quantum yield of the internal photoelectric effect, mesostructures with a passivated part of the working surfaces free of barriers separating carriers and contacts to them are additionally used.
Пример измерения квантового выхода внутреннего фотоэффекта в полупроводниках.An example of measuring the quantum yield of an internal photoelectric effect in semiconductors.
Выбирается измеряемая мезоструктура, характеризующаяся теоретической моделью расчета. Параметры мезоструктуры: ширина p-n-перехода на освещаемой поверхности и металлического контакта к нему w=4 мкм, толщина базовой области р-типа d=300 мкм и диффузионная длина неосновных носителей заряда в этой области (электронов) L=158 мкм.The measured mesostructure is selected, characterized by a theoretical calculation model. Mesostructure parameters: the width of the pn junction on the illuminated surface and the metal contact to it w = 4 μm, the thickness of the p-type base region d = 300 μm, and the diffusion length of minority charge carriers in this region (of electrons) L = 158 μm.
Проводится расчет фотоэлектрических характеристик элемента кремниевого фотоприемника в виде фотоэлектрической мезоструктуры для освещения монохроматическим излучением с заданной длиной волны λ. С помощью специальной компьютерной программы находят пространственные распределения концентрации и потоков носителей заряда и определяют коэффициент разделения носителей p-n-переходом в рассматриваемой мезоструктуре.The photoelectric characteristics of the silicon photodetector element are calculated in the form of a photoelectric mesostructure for illumination with monochromatic radiation with a given wavelength λ. Using a special computer program, spatial distributions of the concentration and fluxes of charge carriers are found and the carrier separation coefficient is determined by the pn junction in the mesostructure under consideration.
На фиг.2 приведены рассчитанные спектральные зависимости коэффициента разделения носителей заряда Q(λ) для ряда значений скорости поверхностной рекомбинации S, см/с: 1 - 104, 2 - 103, 3 - 102, 4 - 0. Результаты показывают, что в широкой области длин волн λ<λs, где λs - характеристическая длина волны для мезоструктуры, коэффициент разделения носителей заряда практически не зависит от λ. По результатам расчета производится приближенная оценка λs. Представленные на фиг.2 кривые показывают значения λs≈0,8-0,9 мкм. Они являются типичными для широкозонных полупроводников типа кремния или арсенида галлия и слабо зависят от конструктивных, диффузионных и рекомбинационных параметров мезоструктуры.Figure 2 shows the calculated spectral dependences of the separation coefficient of charge carriers Q (λ) for a number of surface recombination rates S, cm / s: 1 - 10 4 , 2 - 10 3 , 3 - 10 2 , 4 - 0. The results show that in a wide range of wavelengths λ <λ s , where λ s is the characteristic wavelength for the mesostructure, the carrier separation coefficient is practically independent of λ. Based on the calculation results, an approximate estimate of λ s is made . The curves presented in figure 2 show the values of λ s ≈0.8-0.9 microns. They are typical of wide-gap semiconductors such as silicon or gallium arsenide and are weakly dependent on the structural, diffusion, and recombination parameters of the mesostructure.
Далее подают на мезоструктуру монохроматическое излучение с определенной длиной волны λ из спектральной области λ<λs и известными экспериментальными методами определяют фоточувствительность мезоструктуры на этой длине волны J(λ) и соответствующий коэффициент отражения излучения R(λ).Next, monochromatic radiation with a specific wavelength λ from the spectral region λ <λ s is supplied to the mesostructure and the photosensitivity of the mesostructure at this wavelength J (λ) and the corresponding radiation reflection coefficient R (λ) are determined by known experimental methods.
Затем подают на мезоструктуру монохроматическое излучение с длиной волны λ0=hc/2Eg, при которой квантовый выход априорно равен единице. Здесь: Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме. Данная длина волны (в частности, для кремния λ0≈0,6 мкм) также удовлетворяет условию λ0<λs. Известными экспериментальными методами определяют фоточувствительность мезоструктуры J(λ0) и соответствующий коэффициент отражения излучения R(λ0).Then, monochromatic radiation with a wavelength λ 0 = hc / 2E g , at which the quantum yield is a priori equal to unity, is supplied to the mesostructure. Here: E g is the semiconductor band gap, h is the Planck constant, and c is the speed of light in vacuum. This wavelength (in particular, for silicon λ 0 ≈0.6 μm) also satisfies the condition λ 0 <λ s . Known experimental methods determine the photosensitivity of the mesostructure J (λ 0 ) and the corresponding radiation reflection coefficient R (λ 0 ).
Рассчитывают квантовый выход фотоэффекта на длине волны λ по формулеCalculate the quantum yield of the photoelectric effect at a wavelength λ by the formula
Предлагаемый способ позволяет обеспечить максимально упрощенное и, как следствие, максимально точное измерение посредством измерения единственной физической величины.The proposed method allows to provide the most simplified and, as a result, the most accurate measurement by measuring a single physical quantity.
Результат измерения квантового выхода в области длин волн λ<λs является с высокой точностью пригодным для всех конструктивных параметров систем при любых фотоэлектрических и рекомбинационных параметрах объема и поверхности полупроводника.The result of measuring the quantum yield in the region of wavelengths λ <λ s is highly accurate for all structural parameters of systems for any photoelectric and recombination parameters of the volume and surface of the semiconductor.
Claims (4)
где λ0=hc/2Eg - длина волны, при которой квантовый выход априорно равен единице, Eg - ширина запрещенной зоны полупроводника, h - постоянная Планка, с - скорость света в вакууме, J(λ) - спектральная чувствительность мезоструктуры на длине волны λ, R(λ) - коэффициент отражения излучения.1. The method of measuring the quantum yield of the internal photoelectric effect in semiconductors, including applying electromagnetic radiation with specified parameters to the surface of the photodetector, measuring spectral sensitivity, determining the reflection coefficient and calculating the quantum yield, characterized in that the photodetector uses photoelectric mesostructures in which the carrier separation coefficient charge is constant over a wide spectral range of wavelengths shorter than the characteristic wavelength structures, and characterized by a theoretical calculation model, one physical quantity is measured and the quantum yield of radiation with a wavelength λ is determined by the formula
where λ 0 = hc / 2E g is the wavelength at which the quantum yield is a priori one, E g is the band gap of the semiconductor, h is the Planck constant, c is the speed of light in vacuum, J (λ) is the spectral sensitivity of the mesostructure over the length waves λ, R (λ) is the reflection coefficient of radiation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153648/28A RU2463616C2 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153648/28A RU2463616C2 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010153648A RU2010153648A (en) | 2012-07-10 |
| RU2463616C2 true RU2463616C2 (en) | 2012-10-10 |
Family
ID=46848065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153648/28A RU2463616C2 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2463616C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU894821A1 (en) * | 1979-12-07 | 1981-12-30 | Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср | Device for measuring quantum efficiency of electroluminescent structure radiation |
| SU886623A1 (en) * | 1980-01-10 | 1983-08-30 | Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Device for electroluminiscent measurements of outer quant yield of radiating semiconductor structures |
| SU1173359A1 (en) * | 1982-12-27 | 1985-08-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Method of measuring the quantum effectiveness photodetector |
| SU1074336A1 (en) * | 1981-10-20 | 1985-11-23 | Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Method of estimating parameters of variband semiconductor |
| SU1562711A1 (en) * | 1987-12-21 | 1990-05-07 | Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср | Method of measuring quant effectiveness of photodetectors |
| SU1780399A1 (en) * | 1990-08-20 | 1994-04-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт оптико-физических измерений | Absolute meter of quantum efficiency of photodetector |
-
2010
- 2010-12-28 RU RU2010153648/28A patent/RU2463616C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU894821A1 (en) * | 1979-12-07 | 1981-12-30 | Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср | Device for measuring quantum efficiency of electroluminescent structure radiation |
| SU886623A1 (en) * | 1980-01-10 | 1983-08-30 | Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Device for electroluminiscent measurements of outer quant yield of radiating semiconductor structures |
| SU1074336A1 (en) * | 1981-10-20 | 1985-11-23 | Ордена Ленина физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Method of estimating parameters of variband semiconductor |
| SU1173359A1 (en) * | 1982-12-27 | 1985-08-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Method of measuring the quantum effectiveness photodetector |
| SU1562711A1 (en) * | 1987-12-21 | 1990-05-07 | Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср | Method of measuring quant effectiveness of photodetectors |
| SU1780399A1 (en) * | 1990-08-20 | 1994-04-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт оптико-физических измерений | Absolute meter of quantum efficiency of photodetector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010153648A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kirchartz et al. | Reciprocity between electroluminescence and quantum efficiency used for the characterization of silicon solar cells | |
| Steiner et al. | Optical enhancement of the open-circuit voltage in high quality GaAs solar cells | |
| Stangl et al. | Numerical simulation of solar cells and solar cell characterization methods: the open-source on demand program AFORS-HET | |
| CN107210313A (en) | CMOS depth image sensors with integrated form fleet plough groove isolation structure | |
| DiMatteo et al. | M icron‐gap T hermo P hoto V oltaics (MTPV) | |
| Schinke et al. | Modeling the spectral luminescence emission of silicon solar cells and wafers | |
| US10126253B2 (en) | Photoinduced carrier lifetime measurement device and photoinduced carrier lifetime measurement method | |
| Arafat et al. | Optical and other measurement techniques of carrier lifetime in semiconductors | |
| Steinhauser et al. | PassDop rear side passivation based on Al2O3/a-SiCx: B stacks for p-type PERL solar cells | |
| Koshelev et al. | Separate determination of the photoelectric parameters of n+-p (n)-p+ silicon structure base region by noncontact method based on measurements of quantum efficiency relationships at two wavelengths | |
| van Eerden et al. | Comprehensive analysis of photon dynamics in thin-film GaAs solar cells with planar and textured rear mirrors | |
| RU2463616C2 (en) | Method of measuring quantum output of internal photoelectric effect in semiconductors | |
| Setälä et al. | Boron-implanted black silicon photodiode with close-to-ideal responsivity from 200 to 1000 nm | |
| Nikiforov et al. | Physical principles of laser simulation for the transient radiation response of semiconductor structures, active circuit elements, and circuits: A linear model | |
| Sharma et al. | Determination of minority carrier diffusion length from distance dependence of lateral photocurrent for side-on illumination | |
| JP6826007B2 (en) | Bulk carrier lifetime measurement method and measuring device for photoinduced carriers | |
| CN102947693B (en) | Adopt the method for non-contact way determination photoconverter feature | |
| Schnabel et al. | Electrical and optical characterisation of silicon nanocrystals embedded in SiC | |
| Schinke et al. | Determination of the collection diffusion length by electroluminescence imaging | |
| Huiming et al. | Modeling of pinned photodiode for CMOS image sensor | |
| RU2463617C2 (en) | Photoelectric structure for measuring quantum output of internal photoelectric effect and method of making said structure | |
| CN103296125A (en) | Photovoltaic type quantum well infrared detector with high working temperature | |
| JP2016157931A (en) | Photoinduction carrier lifetime measuring method and photoinduction carrier lifetime measuring device | |
| Irvin et al. | Feedback between radiation and transport in photovoltaics | |
| Cesar et al. | Effect of Al contact pitch on rear passivated solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131229 |