Большая советсткая энциклопедия Фотоэлектрическая спектроскопия

Фотоэлектрическая спектроскопия

Фотоэлектрическая спектроскопия, определение химического состава примесей в полупроводниках и изучение их энергетической структуры по спектрам примесной фотопроводимости. Примесный атом в полупроводнике может находиться в основном (невозбуждённом) или одном из возбуждённых энергетических состояний. Спектр этих состояний специфичен для каждого химического элемента примеси в данном полупроводнике. Если облучать полупроводник монохроматическим излучением, плавно изменяя частоту w, т. е. энергию фотонов (где – Планка постоянная), то всякий раз, когда будет совпадать с энергетическим зазором между основным и одним из возбуждённых состояний, атом примеси соответствующего сорта будет переходить в это возбуждённое состояние, поглощая фотон. Можно подобрать температуру кристалла так, что энергия его тепловых колебаний окажется достаточной для ионизации возбуждённого атома (но недостаточной для ионизации невозбуждённого атома). Тогда будет происходить двухступенчатая фототермическая ионизация примесных атомов: сначала оптическое возбуждение, а затем термическая ионизация. Её результатом является выброс электрона или дырки из атома примеси в зону проводимости и соответственно – фотопроводимость.

Спектр примесной фотопроводимости состоит из набора пиков, каждый из которых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определенного сорта (см. рис.). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые количества примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10^-11% от общего числа атомов. Теоретический предел чувствительности Ф. с. ещё на несколько порядков ниже.

Лит.: Лифшиц Т. М., Лихтман Н. П., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия примесей в полупроводниках, "Письма в редакцию ЖЭТФ", 1968, т. 7, в. 3, с. 111–14; Коган Ш. М., Седунов Б. И., Фототермическая ионизация примесного центра в кристалле, "Физика твердого тела", 1966, т. 8, в. 8, с. 2382–89; Быкова Е. М., Лифшиц Т. М., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия, полный качественный анализ остаточных примесей в полупроводнике, "Физика и техника полупроводников", 1973, т. 7, № 5, с. 986–88; Kogan Sh. М., Lifshits, T. М., Photoelectric Spectroscopy – a new Method of Analysis of Impurities in Semiconductors, "Physica status solidi (a)", 1977, 39, № 1, p. 11.

Т. М. Лифшиц.