Anotace Tato diplomová práce se zabývá vlastnostmi CdTe detektorů. Tento materiál patří do skupiny opticky citlivých materiálů. Práci lze tématicky rozdělit na dvě základní části. První část popisuje vlastnosti obou prvků a také celé sloučeniny. Z vybraných vlastností lze vyčíst přednosti tohoto materiálu, které jej předurčují do optické oblasti použití. Závěr této části tvoří popis kontaktu kov-polovodič. Tato problematika je důležitá pro pochopení podstaty okontaktování popisovaného materiálu. V druhé částí práce byla provedena řada měření. Pro přesnější porovnání byla měření nejprve provedena bez osvětlení a teprve poté s osvětlením. Během měření byla měněna vlnová délka záření a teplota vzorku. Klíčovými závislostmi byly Volt-Ampérová charakteristika a sledování odporu s různou teplotou vzorku a různou vlnovou délkou záření dopadajícího na vzorek. Pro vyšší přesnost byla měření několikrát opakována. Všechna data z měření byla zpracována na PC programem Easyplot. Klíčová slova: Kadmium, Tellur, CdTe detektor, kontakt kov-polovodič, pásový model kovu a polovodiče, pásový model kontaktu kov-polovodič, F33B8, 452B, F35C3. Abstract This Diploma thesis deals with properties of CdTe detectors. This material is ranked among optical sensitive group. This thesis can be thematically divided into two basic parts. The first part describes properties of both elements and the chemical adduct. Selected properties show perfections of the material, which are specializing it to optical area of application. The end of this part contains description of contact metal-semiconductor. This problem is important to comprehension principle the material contact. In second part there were making many measurements. For more accurately compare were first measurements doing without light and then with light. During making measurement was changed wave length and temperature of sample. Key factors were Volt- Ampere characteristics and resistance result with changed temperature and wave length impact to the sample. For better accuracy measurements were done many times. All of data from measurement were cultivate by PC Easyplot programme. Keywords: Cadmium, Tellur, CdTe detector, contact metal-semiconductor, band model of metal and semiconductor, band model of contact metal-semiconductor, F33B8, 452B, F35C3. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 6 Prohlášení Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího semestrálního projektu a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedeného semestrálního projektu dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením tohoto projektu jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne ............... ............................................ podpis autora Poděkování Děkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Alexeji Andreevovi, za velmi užitečnou metodickou pomoc a cenné rady při zpracování diplomové práce. V Brně dne …………… ……………………….. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 7 Obsah Obsah ....................................................................................................................................... 7 Seznam zkratek ..................................................................................................................... 12 Úvod ....................................................................................................................................... 13 1 Chemické prvky ............................................................................................................ 15 1.1 Tellur ....................................................................................................................... 15 1.2 Kadmium ................................................................................................................. 16 2 Vlastnosti polovodičů .................................................................................................... 18 2.1 Krystalová struktura CdTe ...................................................................................... 18 1.1 Defekty .................................................................................................................... 19 1.2 Mechanické vlastnosti ............................................................................................. 20 1.3 Elektrické (transportní) vlastnosti ........................................................................... 20 1.4 Optické vlastnosti .................................................................................................... 21 2 Kontakty ........................................................................................................................ 21 2.1 Základní pojmy ....................................................................................................... 21 2.2 Základní typy kontaktů ........................................................................................... 22 2.2.1 Původ energetických bariér na rozhraní ............................................................. 23 2.3 Základní veličiny k popisu kontaktů patří: ............................................................. 23 2.4 Modelování kontaktů .............................................................................................. 24 2.5 Druhy kontaktu dle výpočtů .................................................................................... 26 3 Měřící pracoviště a měřené vzorky ............................................................................. 27 4 Měření Volt-Ampérových charakteristik ................................................................... 28 4.1 První měření ............................................................................................................ 29 4.1.1 Vzorek F33B8 ..................................................................................................... 29 4.1.2 Vzorky 452B a F35C3 ........................................................................................ 31 4.2 Druhé měření .......................................................................................................... 34 4.2.1 Vzorek F33B8 ..................................................................................................... 34 4.2.2 Vzorek F35C3 ..................................................................................................... 36 4.2.3 Vzorek 452B ....................................................................................................... 38 5 Měření odporu vzorku F33B8 ...................................................................................... 39 5.1 První měření ............................................................................................................ 39 5.2 Druhé měření .......................................................................................................... 41 6 Příměsové hladiny ......................................................................................................... 44 7 Vlastnosti polovodiče při osvětlení .............................................................................. 46 8 Měření vzorku při osvětlení ......................................................................................... 47 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 8 8.1 Zapojení vzorku v přímém a zpětném směru .......................................................... 48 8.2 Zapojení vzorku 452B v přímém směru ................................................................. 49 8.2.1 Hledání vlnové délky .......................................................................................... 49 8.2.2 Citlivá oblast vlnových délek pro přímý směr .................................................... 50 8.3 Zapojení vzorku 452B ve zpětném směru .............................................................. 51 8.3.1 Hledání vlnové délky .......................................................................................... 51 8.3.2 Citlivá oblast vlnových délek pro zpětný směr ................................................... 52 8.4 Měření dlouhodobých měření ................................................................................. 54 8.5 Zapojení vzorku F35C3 v přímém směru ............................................................... 54 8.5.1 Hledání vlnové délky .......................................................................................... 54 8.5.2 Citlivá oblast vlnových délek pro přímý směr .................................................... 55 8.6 Zapojení vzorku F33B8 v přímém směru ............................................................... 56 8.6.1 Hledání vlnové délky .......................................................................................... 56 Závěr ...................................................................................................................................... 58 Použitá literatura .................................................................................................................. 60 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 9 Seznam obrázků Obr.1.1 Tellur .......................................................................................................................... 15 Obr.1.2 Kadmium ................................................................................................................... 17 Obr.2.1 Krystalová struktura CdTe ......................................................................................... 18 Obr.2.1 Energetický pásový model kovu a polovodiče typu-p před vytvořením kontaktu .... 25 Obr.2.2 Energetický pásový model kovu a polovodiče typu-p při propojení ......................... 25 Obr.2.3 Energetický pásový model kontaktu kovu a polovodiče typu-p v propustném směru ................................................................................................................ 25 Obr.2.4 Energetický pásový model kontaktu kovu a polovodiče typu-p v závěrném směru . 25 Obr.3.1 Pracoviště ................................................................................................................... 27 Obr.3.2 Měřené vzorky (F33B8 vlevo, 452B vpravo) ............................................................ 28 Obr.4.1 Schéma zapojení pro měřeny vzorek CdTe ............................................................... 29 Obr.4.2 Označení kontaktů vzorku ......................................................................................... 30 Obr.4.3 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 ........ 30 Obr.4.4 Volt-Ampérové charakteristiky na napěťových kontaktech pro vzorek F33B8 ........ 31 Obr.4.6 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F35C3 ........ 32 Obr.4.7 Závislost proudu na teplotě pro konstantní napájecí napětí U=konst=6V pro vzorky 452B (vlevo) a F35C3 (vpravo) .............................................................................................. 33 Obr.4.8 Grafické znázornění úbytku napětí na vzorku ........................................................... 34 Obr.4.9 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 ........ 35 Obr.4.11 Volt-Ampérová charakteristika na proudových kontaktech pro vzorek F35C3 ...... 36 Obr.4.12 Volt-Ampérová charakteristika na napěťových kontaktech pro vzorek F35C3 ...... 37 Obr.4.13 Rozptyl křivek při teplotě 303K .............................................................................. 38 Obr.5.1 Měření odporu na napěťových kontaktech v lineárním zobrazení pro vzorek F33B8 ................................................................................ 40 Obr.5.2 proložení části charakteristiky zobrazené obrázkem Obr.5.1 .................................... 40 Obr.5.3 Měření odporu na napěťových kontaktech v log. zobrazení pro vzorek F33B8 ....... 41 Obr.5.4 Měření odporu na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 .................................. 42 Obr.5.5 Měření odporu mezi proudovým a napěťovým kontaktem 1-2 pro vzorek F33B8 ... 42 Obr.5.6 Měření odporu mezi proudovým a napěťovým kontaktem 3-4 pro vzorek F33B8 ... 43 Obr.5.7 Měření odporu na napěťových kontaktech v lineárním zobrazení pro vzorek F33B8 ................................................................................ 43 Obr.5.8 Proložení charakteristiky zobrazené obrázkem Obr.5.7 ............................................ 44 Obr.6.1 Příměsové hladiny ..................................................................................................... 44 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 10 Obr.6.2 Různé obsazení příměsových hladin ......................................................................... 45 Obr.8.1 Schéma zapojení pro měřeny vzorek CdTe s monochromátorem ............................. 47 Obr.8.2 Zapojení vzorku v přímém směru .............................................................................. 48 Obr.8.3 Zapojení vzorku ve zpětném směru ........................................................................... 48 Obr.8.4 Zapojení vzorku v přímém směru s osvětlením ......................................................... 48 Obr.8.5 Zapojení vzorku ve zpětném směru s osvětlením ...................................................... 48 Obr.8.6 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek 452B, časová závislost ... 49 Obr.8.7 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek 452B, rozložení vlnových délek ................................................ 49 Obr.8.8 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek 452B, časová závislost ............................................................... 50 Obr.8.9 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek 452B, rozložení vlnových délek ................................................ 50 Obr.8.10 Hledání citlivé vlnové délky ve zpětném směru pro vzorek 452B, časová závislost ............................................................ 51 Obr.8.11 Hledání citlivé vlnové délky ve zpětném směru pro vzorek 452B, rozložení vlnových délek ............................................. 51 Obr.8.12 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B ....... 52 Obr.8.13 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru, rozložení vlnových délek pro vzorek 452B ............................................. 52 Obr.8.14 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B ....... 53 Obr.8.15 Reakce na nastavenou vlnovou délku ve zpětném směru ........................................ 54 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 11 Seznam tabulek Tab.1.1 Chemické vlastnosti Telluru ...................................................................................... 15 Tab.2.1 Přehled základních vlastností používaných polovodičových materiálů při teplotě 300K ........................................................................................................................................ 18 Tab.2.2 Vybrané teplotní a mechanické vlastnosti při teplotě 300K ...................................... 20 Tab.3.1 Použité přístroje ......................................................................................................... 27 Tab.4.1 Parametry vzorku F33B8 ........................................................................................... 28 Tab.4.2 Porovnání velikosti odporu na napěťových kontaktech ............................................ 37 Tab.8.1 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B ......... 53 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 12 Seznam zkratek a ......................................................................... mřížková konstanta [Å] CdTe .................................................................. Tellur Kadmia Eg ....................................................................... energie zakázaného pásu [eV] E ........................................................................ energie [eV] E´ ....................................................................... E/(kBT) EA ...................................................................... energie příslušející akceptorové hladině [eV] EC ...................................................................... energie na dně vodivostního pásu [eV] ED ...................................................................... energie příslušející donorové hladině [eV] Ee ....................................................................... intenzita elektrického pole [V/m] Ei ....................................................................... intenzita intrinsické Fermiho hladiny [eV] EF ....................................................................... energie Fermiho hladiny [eV] E´F ..................................................................... EF/(kBT) Eg ....................................................................... energie zakázaného pásu [eV] ∆E ...................................................................... výška energetické bariéry [eV] EVAK .................................................................. energie vakua [eV] e ......................................................................... elementární náboj =1.602×10-19 C e- ........................................................................ elektron h ......................................................................... Planckova konstanta = 6.626×10-34 J×s kB ....................................................................... Boltzmanova konstanta = 1.380×10-23 J×K-1 m ....................................................................... hmotnost [kg] m0 ...................................................................... hmotnost volného e- = 9.109×10-31 kg me ...................................................................... efektivní hmotnost elektronu [m0] NA ...................................................................... koncentrace akceptorových center [cm-3] ND ...................................................................... koncentrace donorových center [cm-3] T ........................................................................ teplota [K] Va ...................................................................... elektrické napětí přiložené na kontakt [V] e0 ....................................................................... absolutní dielektrická konstanta e(0) ...................................................................... statická dielektrická konstanta [F×m-1] λ ......................................................................... vlnová délka [m] mD ...................................................................... driftová pohyblivost nosičů [cm2/V×s] mH ...................................................................... Hallovská pohyblivost nosičů [cm2/V×s] me ....................................................................... pohyblivost elektronů [cm2/V×s] mh ....................................................................... pohyblivost děr [cm2/V×s] r ........................................................................ měrný odpor materiálu [W×cm] rm ...................................................................... hustota materiálu [g/cm3] re ....................................................................... nábojová hustota elektronů [C/cm3] rh ....................................................................... nábojová hustota děr [C/cm3] Fk ...................................................................... výstupní práce kovu [eV] Fp ...................................................................... výstupní práce polovodiče [eV] c ........................................................................ elektronová afinita polovodiče [eV] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 13 Úvod Mezi nejpoužívanější prvky pro výrobu polovodičových součástek patří zejména Si, Ge nebo GaAs. Jejich rozšířenost je způsobena především snadnou dostupností objemných, vysoce kvalitních monokrystalů. V dnešní době začínají pronikat do oblasti polovodičových materiálů také prvky II a VI skupiny periodické tabulky. Z uvedených skupin uveďme Zn, Cd, Hg jako zástupce IIB skupiny a Te, Se za skupinu VIA. Tyto prvky vytlačují své předchůdce pro své vynikající elektrické a optické vlastnosti. Používání těchto materiálů je však brzděno přípravou objemných monokrystalů s dostatečnou kvalitou a požadovanými vlastnostmi. Ty ovlivňuje metoda růstu a technologické úpravy jako je žíhání. Díky svým vlastnostem se mezi nejsledovanější polovodič zařadila sloučenina CdTe (telurid kademnatý). Klíčovými vlastnostmi jsou měrný odpor/vodivost, koncentrace volných nosičů náboje, jejich pohyblivost a střední doba života. Měrný odpor lze nastavit v rozmezí 101 až 1010 Wcm. Koncentrace volných nosičů se pohybuje v rozsahu 107 - 1016 cm-3, jejich pohyblivost dosahuje hodnot 1000 cm2 V-1 s-1 pro elektrony a 100 cm2 V-1 s-1 pro díry. Prvky zastupují IIB i VIA skupinu. Materiál vykazuje velký absorpční koeficient pro vysokoenergetické fotony a přímý zakázaný pás, který zajišťuje účinnější rekombinaci. Tyto parametry směrují materiál k výrobě solárních článků s vysokou účinností, optických detektorů, dozimetrů ionizujícího záření, spektroskopů, optoelektronických součástek a laserů. Atomová čísla zastoupených prvků předurčují materiál k užití v oblasti záření x a g. Další unikátní polovodičové vlastnosti CdTe se projevují v tekutém stavu. Má-li být maximálně využito výborných vlastností těchto matriálu, je nezbytně nutné zvládnout techniku okontaktování vyrobených součástek. Kvalita kontaktu vyrobené součástky určí další využití v praxi. Nejčastější používané kontakty jsou ploché vyrobeny z prvků Au, NI nebo Pt. Spolehlivé okontaktování představuje složitý technologický proces. Nicméně díky rychlému vývoji techniky se je možné kvalitně materiál okontaktovat. Největší problém představuje rozhraní struktury kov-polovodič a příprava materiálu detektoru k nanesení kontaktu, dále způsob nanesení a použitý kov pro samotný kontakt. Kontakty mohou být ohmické nebo usměrňující. Výroba ohmického kontaktu představuje vyšší nároky na technologii, neboť rozhraní kov-polovodič není homogenní systém, tudíž na něj nelze uplatnit Ohmův zákon. Je možná výroba kontaktů typu-n i typu-p. Ani zde však nejsou nároky na výrobu stejné. Kontakt typu-n je možno dosáhnout běžně při dodržení pracovního postupu. Výroba kontaktu typu-p však není dosud dořešena. Snahou současnosti je výroba takového kontaktu, který bude elektricky, mechanicky a tepelně stabilní. Na širokém rozsahu provozní teploty a proudového zatížení bude vykazovat Ohmické chování, kde odpor kontaktu nebude závislý na přiloženém napětí. V této práci budou zkoumány zejména elektrické vlastnosti. Jelikož je polovodič předurčen k implementaci do optických zařízení, bude součástí práce provedena řada měření. Nejprve budou vzorky měřeny bez působení záření. Budou sledovány jejich reakce na změny teplot. Mezi hlavní měřené závislosti budou patřit Volt-Ampérové charakteristiky. Ty budou měřeny za různých teplot několikrát za sebou. Provedou se také časově rozsáhlá měření, na kterých bude zjišťována jejich stabilita. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 14 Ve druhé polovině této práce budou zkoumány elektrické vlastnosti vzorků při působení světelného záření. Bude hledána vlnová délka, na kterou jsou jednotlivé vzorky citlivé. Dále bude blíže tato oblast proměřena. Přiložené napětí bude zapojeno v obou směrech a reakce porovnávány. Prokládáním změřených charakteristik se pokusím nalézt časové konstanty a množství příměsových hladin ve vzorcích. Jelikož některé vzorky již byly před časem měřeny, lze naměřené výsledky porovnávat také mezi těmito měřeními. Jednotlivá měření budou pro větší přesnost opakována. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 15 1 Chemické prvky 1.1 Tellur Tellur, chemická značka Te, lat. Tellurium je polokovový stříbřitě lesklý prvek za skupiny chalkogenů používaný v polovodičové technice a metalurgii. Základní fyzikálně - chemické vlastnosti Tellur je dosti vzácný prvek, byl objeven roku 1782 Franzem Josephem Mullerem. Chemicky patří spíše mezi kovy, ale jsou známy i kyseliny telluru a jejich soli, v nichž chemicky připomíná spíše síru nebo selen. Výskyt, výroba Tellur obvykle doprovází síru a selen v jejich rudách. Má značnou afinitu ke zlatu a v mnoha zlatých ložiscích se vyskytuje jako příměs. Z minerálů jsou známy například tellurid zlata calaverit AuTe2 nebo tellurid olova altait PbTe. Průmyslově se tellur získává nejčastěji z anodových kalů po elektrolytické výrobě mědi nebo ze zbytků po rafinaci zlata. Relativní zastoupení telluru v zemské kůře je velmi nízké. Odhaduje se, že jeho obsah kolísá v rozmezí 0,001–0,005 ppm (mg/kg). V mořské vodě je jeho koncentrace tak nízká, že současné analytické techniky nebyly schopny jeho množství spolehlivě změřit. Atomové číslo 52 Relativní atomová hmotnost 127,60(3) amu Elektronová konfigurace [Kr] 4d10 5s2 5p4 Elektronegativita (Pauling) 2,1 Teplota tání 449,51 °C (722,66 K) Teplota varu 988 °C (1261 K) Hustota 6,24 g.cm-3 Hustota při teplotě tání 5,70 g.cm-3 Registrační číslo CAS 13494-80-9 Tvrdost 2,25 Obr.1.1 Tellur Tab.1.1 Chemické vlastnosti Telluru Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 16 Sloučeniny a využití Elementární tellur je za normálních podmínek stálý stříbřitě lesklý a poměrně křehký kov. Dosti snadno se slučuje s kyslíkem a halogeny. Ve sloučeninách se tellur vyskytuje v mocenství Te2-, Te2+, Te4+ a Te6+. V metalurgii složí tellur ve formě mikrolegur ke zlepšování mechanických a chemických vlastností slitin. Nízké koncentrace telluru zvyšují tvrdost a pevnost slitin olova i jejich odolnost vůči působení kyseliny sírové. Přídavky telluru do slitin mědi a nerezových ocelí způsobují jejich snazší mechanickou opracovatelnost. Telurid gallia nalézá využití v polovodičovém průmyslu. Pro výrobu některých termoelektrických zařízení se používá tellurid bismutu. Ve sklářském průmyslu je v některých speciálních případech tellurem barveno sklo. Jako velmi perspektivní se jeví použití sloučenin telluru při výrobě fotočlánků. Fotočlánky na bázi telluridu kadmia patří v současné době k nejvýkonnějším a probíhá intenzivní výzkum s cílem vyrobit prakticky využitelné solární panely. Na bázi teluridů jsou i záznamové vrstvy v přepisovatelných optických discích. Z hlediska působení na lidské zdraví patří sloučeniny telluru mezi toxické a především v průmyslových provozech, kde se vyskytují ve zvýšených koncentracích je třeba zachovávat přísné bezpečnostní předpisy. Za zvláště nebezpečné je pokládáno vdechování aerosolů a prachu s vysokou koncentrací telluru [15]. 1.2 Kadmium Kadmium, chemická značka Cd, lat. Cadmium je měkký, lehce tavitelný, toxický kovový prvek. Slouží jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití omezováno na nejnutnější minimum. Základní fyzikálně - chemické vlastnosti Typický kovový prvek bílé barvy. Byl objeven roku 1817 německým chemikem Friedrichem Stohmeyerem. Patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d- sféře. Ve sloučeninách se vyskytuje téměř pouze v mocenství Cd2+, sloučeniny Cd1+ jsou silně nestálé. V silných minerálních kyselinách je kadmium dobře rozpustné za vývoje plynného vodíku. Na vzduchu je kovové kadmium stálé, ale v atmosféře kyslíku je možné jej zapálit za vzniku oxidu kademnatého CdO. Výskyt a výroba V zemské kůře je kadmium vzácným prvkem. Průměrný obsah činí kolem 0,1 – 0,5 mg/kg. I v mořské vodě je jeho koncentrace značně nízká - 0,11 mikrogramu v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom kadmia přibližně 36 miliard atomů vodíku. V přírodě se kadmium vyskytuje jako příměs rud zinku a někdy i olova, z nichž se také společně získává. K oddělení kovů se vzhledem k poměrně nízkému bodu varu požívá destilace. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 17 Atomové číslo 48 Relativní atomová hmotnost 112,411(8) amu Elektronová konfigurace [Kr] 4d10 5s2 Elektronegativita (Pauling) 1,69 Teplota tání 321,07 °C (594,22 K) Teplota varu 767 °C (1040 K) Hustota 8,65 g.cm-3 Hustota při teplotě tání 7,996 g.cm-3 Registrační číslo CAS 7440-43-9 Obr.1.2 Kadmium Tab.1.2 Chemické vlastnosti Kadmia Využití, sloučeniny Díky prokázané toxicitě kadmia převládá v současné době tendence k jeho nahrazování jinými kovy všude tam, kde je to technicky a ekonomicky možné. Pokrytí povrchu jiného kovu kadmiem bylo dříve velmi často používáno jako antikorozní ochrana především pro železo a jeho slitiny. Galvanické kadmiování různých pracovních nástrojů a železných součástek sloužilo jako vysoce účinná ochrana před atmosférickou korozí. Velmi významné využití nachází kadmium doposud při výrobě pájek. Jedná se přitom o slitiny kadmia se stříbrem, cínem a zinkem, které mají velmi dobré mechanické vlastnosti – pevnost a houževnatost sváru, ale i velmi dobře vedou elektrický proud. Díky tomu jsou i přes nepříznivé zdravotní účinky kadmia stále hojně využívány v elektronickém průmyslu. Je však zřejmé, že legislativa Evropské unie velmi brzy zakáže kompletně používání pájek s obsahem kadmia v elektrotechnické výrobě. Poměrně významné místo patří kadmiu ve výrobě galvanických elektrických článků typu Cd-Ni. Nikl-kadmiové akumulátory vykazují velmi dobré elektrické vlastnosti (kapacita x hmotnost) a lze je i zpětně dobíjet proudem opačné polarity. Na rozdíl od klasických olověných akumulátorů se v nich jako elektrolyt používá roztok alkalického hydroxidu. Ze sloučenin kadmia má největší praktický význam sulfid (sirník) kademnatý CdS, intenzivně žlutá sloučenina slouží při výrobě malířských pigmentů jako kadmiová žluť. Uplatnění se i jako luminofor při výrobě černobílých televizích obrazovek [15]. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 18 2 Vlastnosti polovodičů Sk up in a Po lo vo di č rm [g/cm3] a [Å] K ry st al .st . Eg [eV] Za ká z. p m[cm2Vs] e(0) me [m0] Mh [m0] mn mp II -V I CdS 4,82 5,83 W 2,42 D 340 50 5,4 - - CdTe 5,87 6,482 ZB 1,14 D 1050 60 7,2 0,09 m · l h= 0, 12 m · h h= 0, 84 ZnTe 6,34 6,101 ZB 2,26 D 340 100 10,4 0,13 0,6 ZnO 5,6752 4,58 W 3,35 D 200 180 9 - - ZnS 4,084 5,42 ZB 3,54 D 180 5 8,9 - - W – wurtzit ZB – zinc blende (sfalerit) Tab.2.1 Přehled základních vlastností používaných polovodičových materiálů při teplotě 300K Z tabulky lze vyčíst základní parametry materiálů skupiny II-IV. Sloučenina CdTe je v těchto vlastnostech velmi podobná ostatním materiálům. Z vybraných veličin dominuje na první pohled svou až 3x vyšší pohyblivostí nosičů náboje u materiálu typu-n [1]. 2.1 Krystalová struktura CdTe CdTe krystalizují při atmosférickém ve sfaleritové krystalové struktuře. Ta vznikne spojením dvou plošně centrovaných kubických mříží, které jsou vůči sobě posunuty ve směru prostorové úhlopříčky o jednu čtvrtinu. Jedna podnížka obsahuje pouze atomy kadmia (Cd) a druhá pouze atomy teluru (Te). Každý atom Te má jako nejbližší 4 sousední atomy Cd umístěné v rozích pravidelného čtyřstěnu a stejně tak každý atom Cd má 4 sousední atomy Te. Obr.2.1 Krystalová struktura CdTe Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 19 Struktura patří do kubické grupy bez středu inverze. Čtyřstěn obsahuje 2 atomy. Zpravidla se uvažuje konvenční cela ve tvaru kvádru, ta obsahuje 8 atomů. Chemická vazba mezi atomy je kovalentní a je tvořena Cd 5s2 a Te 5s25p4 elektrony – hybridní s-p3 vazba. Změnou tlaku dochází ke změně krystalové struktury a charakteru vazby mezi atomy. CdTe má při atmosférickém tlaku převahu kovalentní vazby. Při tlaku okolo 3MPa dochází k fázovému přechodu ze sfaleritové struktury na strukturu soli kamenné, začíná převládat iontová vazba, objem materiálů se sníží přibližně o 20% a elektrický odpor klesne až o 6 řádů. Pro tlaky dosahujících 10MPa začíná převládat mezi atomy vazba kovová a elektrická vodivost materiálu dosahuje hodnot většiny kovů [8]. 1.1 Defekty Nejčastější poruchy CdTe krystalické mřížky 1. Vakance – chybějící atom v mřížkové poloze 2. Intersticiální atom – atom nacházející se v mezimřížkové pozici 3. Substituční atom – nahrazení atomu mřížky atomem příměsi 4. Antisite – mřížková poloha je obsazena atomem jiné složky vlastního krystalu 5. Frenkelův párový defekt vakance – chybějící atom v mřížce nadbývá v jiné části mřížky 6. A-centrum – komplex vakance s jiným donorem Koncentrace defektů je jak teplotně, tak tlakově závislá a je bohužel oproti polovodičům z III-V skupiny poměrně vysoká. Je to způsobeno zvýšenou vyšším poddílem iontové vazby. K odstraňování těchto poruch se využívá difůze při různých teplotách. Vodivost typu-p je způsobena příměsemi, nikoliv defekty. Typ a pozice cizího atomu určuje jeho chování v krystalu, stane-li se donorem nebo akceptorem. Akceptorová centra vznikají náhradou Cd prvky IA (Li, Na, K) a IB skupiny (Ag, Au, Cu) a náhradou Te prvky VA skupiny (As, N, P, Sb). Experimentálně určena vazební energie v případě mělkých akceptorů se pohybuje v rozmezí 56-263meV. Jako nejmělčí akceptory se chovají nahrazující prvky Li, N a Na. Asi nejhlubším akceptorem je Au. Jako donory se chovají prvky IIIA (Al, Ga, In) a VII A skupiny (Br, Cl, F, I). Bude-li se během rostoucí krystal dotovat Cl, kompenzační jev povede ke vzniku semiizolačních krystalů. Donorový charakter mají rovněž atomy vzázných kovů v intersticiálních polohách. Typické hodnoty vazebních energíí mělkých donorů z IIIA a VIIA skupiny leží v rozmezí 13,7 – 14,8meV. K dotaci CdTe, pro zkvalitnění krystalu, lze použít také přechodové kovy (Fe, Ni, V), zvláště vanad pomáhá ke zvýšení kvality [5]. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 20 1.2 Mechanické vlastnosti Materiál Specifické teplo [J/kgK] Debyeova teplota [K] Koef.lineární tepelné expanze a [10-6K-1] Tepelná vodivost [mW/cmK] Au 129 - 14,2 3170 Ag 235 - 18,9 4290 CdTe 205 200 4,9 58,5 Ga 371 - - 406 In 233 - 32,1 816 Si 702 645 2,49 1240 Pt 133 - 8,8 716 Tab.2.2 Vybrané teplotní a mechanické vlastnosti při teplotě 300K Mezi základní parametry materiálu řadíme jeho tvrdost (odolnost vůči mechanickému namáhání), plasticitu a v případě CdTe ještě fotoplasticitu (závislá na osvětlení materiálu). Tvrdost čistého CdTe dosahuje hodnoty asi 50kg/mm2. Tato hodnota se znatelně zvyšuje zvětšováním obsahu zinku v materiálu. Plasticita materiálu se mění v závislosti na koncentraci nosičů proudu a na osvětlení (fotoplasticita). Je experimentálně potvrzeno, že vysokoodporový materiál vykazuje nejmenší napětí na mezi kluzu, s malou závislostí na osvětlení. U nízkoodporových vzorků docházelo při aplikaci záření odpovídající šířce zakázaného pásu ke zvýšení napětí na mezi kluzu až na 70%. Někdy byl v závislosti na historii namáhání vzorku pozorován tzv.negativní fotoplastický jev – pokles napětí na mezi kluzu při osvětlení [7]. 1.3 Elektrické (transportní) vlastnosti Mezi základní transportní vlastnosti řadíme typ vodivosti a její velikost, koncentraci nosičů proudu, jejich pohyblivost, tepelnou vodivost a mechanismy rozptylu elektronů, poskytující informace o elektron-fononové interakci a o odchylkách skutečné krystalové mříže od ideální periodické struktury. Transport náboje v CdTe je zásadně ovlivněn interakcí elektronů a děr s optickými a částečně akustickými fonony. Velkou roli hrají také příměsi. Obecně lze říci, že pohyblivost nosičů náboje prudce klesá s teplotou. Závislost pohyblivosti m na teplotě T v intervalu 50 – 300K je určena téměř výhradně rozptylem elektronů na ionizovaných příměsích a optických fononech. Při vysokých teplotách (nad 775K) je závislost pohyblivosti modifikována převažujícím rozptylem na podélných optických fononech, dále je ovlivňována silnou teplotní závislostí statické dielektrické konstanty e0 a multipásovou vodivostí Gle –Lle. Pohyblivost nosičů náboje při teplotě vyšší než pokojové (300K) lze získat vztahem: m=57[exp(252/T)-1] [cm2 V—1 s-1]. (1.1) Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 21 1.4 Optické vlastnosti Z pásové teorie vyplývá, že polovodič s přímým zakázaným pásem lze v principu využít jako luminiscenční zdroj záření. Složitá pásová (energetická) struktura CdTe kromě mezipásmových přechodů umožňuje mnoho dalších způsobů interakce elektromagnetického záření s materiálem. Z optických měření (propustnosti, odrazivosti, fotoemise, intrapásové absorpce na volných nosičích a přechodů závislých na tlaku, lze získat cenné informace o pásové struktuře, vibračních modelech krystalové mříže (fonony). Z jiných optických měření (luminiscence, absorpce, Faradayova jevu a piezodvojlomu) lze navíc získat informace o krystalových defektech, excitonech, polaritonech apod. Absorpce na volných nosičích pokrývá oblast vlnových délek 1 – 2 mm. Dá se pokládat za přímo úměrnou koncentraci volných elektronů pro střední a vysoké rovnovážné koncentrace elektronů. Další experimentální metoda užívaná pro identifikaci vlastních defektů a příměsí je založena na měření tzv.luminiscenčního spektra. Tyto měření se často provádějí za velmi nízkých teplot s využitím Fourierovské spektroskopie [11]. 2 Kontakty 2.1 Základní pojmy Chování elektronů v krystalu popisuje Fermi-Diracova statistika. Pravděpodobnost obsazení energetické hladiny E je vyjádřena Fermi-Diracovou rozdělovací funkcí: )exp(1 1)( F FD EE Ef ¢-¢+ = , (2.1) Poloha Fermiho hladiny je závislá na dotaci polovodiče příměsemi a na teplotě krystal. Pro vlastní (intrinsické) polovodič je přibližně rovna Eg/2 (Eg je energie zakázaného pásu), naopak pro polovodiče příměsové (extrinsické) závisí poloha Fermiho hladiny na koncentraci příměsi. Ze znalosti stavů v energetickém pásu a Fermiho-Diracovy rozdělovací funkce lze vypočítat koncentraci nosičů proudu [2], [4]. , Tk EE B =¢ . Tk E E B F F =¢ E - energie elektronu [eV] EF - energie Fermiho hladiny (definována jako energetická hladina, jejíž pravděpodobnost obsazení elektrickým nábojem je ½) [eV] kB - Boltzmanova konstanta T - Teplota [K] (2.2) (2.3) Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 22 Dle příměsi lze rozdělit případy: 1. Vlastní polovodič (čistý krystal bez příměsí) 2. Příměsový polovodič · Slabě dotovaný polovodič (-3kBT фpolovodič, budeme předpokládat ohmický kontakt za daných podmínek: 1. Bariéra pro e- mezi kovem a polovodičem ∆Ekov-polovodič=Fpolovodič – (c+Eg)<0. 2. Bariéra pro h+ mezi polovodičem a kovem ∆Epolovodič-kov=Fpolovodič–Fkov<0. 3. S rostoucí vodivostí polovodiče se ∆Ekov-polovodič zvyšuje. 4. S rostoucí vodivostí polovodiče se ∆Epolovodič-kov zvyšuje (pro h+). Pro polovodič typu – p, kde platí фkov < фpolovodič, budeme předpokládat usměrňující kontakt za daných podmínek: 1. Bariéra pro e- mezi kovem a polovodičem ∆Ekov-polovodič= (c+Eg) –Fpolovodič >0. 2. Bariéra pro h+ mezi polovodičem a kovem ∆Epolovodič-kov=Fpolovodič–Fkov>0. 3. S rostoucí vodivostí polovodiče se ∆Ekov-polovodič nemění. 4. S rostoucí vodivostí polovodiče se ∆Epolovodič-kov zvyšuje (pro h+). ∆Epolovodič-kov=(Fpolovodič–Fkov). (2.12) ∆Epolovodič-kov=(Fpolovodič–Fkov–eVa). (2.13) ∆Epolovodič-kov=(Fpolovodič–Fkov+eVa). (2.14) Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 27 3 Měřící pracoviště a měřené vzorky V dalších kapitolách této práce jsou již zpracovávány konkrétní naměřené údaje. Ty byly získány v laboratoři na ústavu fyziky Vyskokého učení technického v Brně. V této mimořádné kapitole jsou fotografie pracoviště a měřených vzorků. Obr.3.1 Pracoviště Číslo přístroje z obrázku Obr.3.1 Název přístroje Označení přístroje 1. Kryostat Proxxon 2. Monochromátor CARLZEISS 408021 3. Digital Multimetr Agilent 34401A 4. Data Acquision MUX Agilent 34970A 5. DC Power Suply 1 Agilent E3631A 6. DC Power Suply 2 Agilent E3631A 7. Osvětlovací žárovka 12V 8. Laboratorní zdroj Statron 2229 Tab.3.1 Použité přístroje 1. 2. 4. 3. 5. 6. 7. 8. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 28 Obr.3.2 Měřené vzorky (F33B8 vlevo, 452B vpravo) Na obrázku (Obr.3.2) jsou fotografie měřených vzorků. Zlaté plošky na vzorcích jsou vyvedené napěťové kontakty. Proudový kontakty jsou na čelních stranách vzorků. 4 Měření Volt-Ampérových charakteristik Na vzorcích CdTe byly změřeny různé závislosti. Kromě Volt-Ampérových charakteristik se sledovala změna odporu vzorku na proudových i napěťových kontaktech při změnách teploty článku a také při stále teplotě v dlouhodobém časovém intervalu. Jako výchozí prvek byl použit nízkoohmový vzorek s označením F33B8. Je osazen 4 kontakty (2 napěťové a 2 proudové). Jedná se o materiál typu-p a připravil jej Fyzikální Institut Karlovy Univerzity v Praze. Rozměry vzorku činí: délka 11.4 mm, průřez (1.7 x 2.7) 4.59 mm2. Další parametry jsou uvedeny v následující tabulce. Hodnoty byly změřeny při teplotě T=300K a slouží pouze jako orientační přehled, protože změnou okolního prostředí se rychle mění. Specifický odpor ρ 70 Wcm Koncentrace děr p 1.2 ×1015 cm-3 Pohyblivost děr µ 73 cm2/Vs Koncentrace příměsi Na 2.4×1015 cm-3 Aktivační energie akceptorů 150-300 meV Tab.4.1 Parametry vzorku F33B8 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 29 Obr.4.1 Schéma zapojení pro měřeny vzorek CdTe Aparatura na obrázku (Obr.4.1) je určená pro měření transportních charakteristik CdTe monokrystalů. Vzorek se zatěžovacím odporem je umístěn uvnitř kryostatu. Hodnota zatěžovacího odporu RL=33.7kW. Kryostat dovoluje kontrolovat teplotu vzorku v rozmezí od 77K do 400K pomocí topné spirály. Zároveň kryostat slouží k odstínění nežádoucích elektrických polí. Aparatura dovoluje odečítat napětí na kontaktech U1, U2, U3 a U4. Programovací D/A převodník E3631A se používá k měření Volt-Ampérových charakteristik a měření závislosti proudu na čase. D/A převodník také slouží k automatickému udržování teploty na zadané úrovni uvnitř kryostatu. Oddělné proudové a napěťové kontakty jsou připojeny na multiplexor Agilent 34970A, jež přes konektor GPIB je připojen k počítači a slouží k A/D převodu naměřených dat. 4.1 První měření První měření vzorků bylo provedeno v listopadu 2007. K dispozici byly 3 vzorky s označením F33B8, 452B a F35C3. 4.1.1 Vzorek F33B8 VA charakteristiky byly měřeny na proudových i napěťových kontaktech vzorku. Vstupní napětí bylo měněno v rozsahu od 0 – 16V. Teplota vzorku byla upravována po 10K v rozmezí 300K – 400K. Následuje obrázek vzorku CdTe s popisem kontaktů a dále naměřené charakteristiky pro vybraná měření. Jednotlivé křivky byly proloženy popsatelnou matematickou funkcí. Kryostat Multimetr Zdroj 1 Zdroj 2 Topení Sběr dat Agilent 34970A Agilent E3631A Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 30 Obr.4.2 Označení kontaktů vzorku Kontakty 1 a 4: Proudové Kontakty 2 a 3: Napěťové Mezi napěťovými kontakty má polovodič homogenní vlastnosti. K největšímu úbytku napětí dochází mezi kontakty 1-2. Oblasti mezi napěťovými a proudovými kontakty, tzn.oblasti 1-2 a 3-4 představují zapojení diod. Oblast mezi kontakty 1-2 představuje Schottkyho diodu v závěrném směru, proto se v této oblasti projeví největší úbytek napětí. Naproti tomu oblast mezi kontakty 3-4 představuje Schottkyho diodu ve směru propustném, úbytek napětí je minimální. Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.3): 1. Měřeno pro T=300K, funkce popisující křivku: I = 17.9e (0.0964U – 1) 2. Měřeno pro T=340K, funkce popisující křivku: I = 5.64e (0.1667U – 1) 3. Měřeno pro T=400K, funkce popisující křivku: I = 42.2e (0.0650U – 1) Obr.4.3 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 0 20 40 60 80 0 5 10 15 U [V] I [ mA ] 3 2 1 CdTe 1 2 3 4 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 31 3 2 1 0 25 50 75 0 0.2 0.4 0.6 0.8 U [V] I [ mA ] Obr.4.4 Volt-Ampérové charakteristiky na napěťových kontaktech pro vzorek F33B8 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.4): 1. Měřeno pro T=300K, funkce popisující křivku: I = 82.9U + 0.0205 2. Měřeno pro T=340K, funkce popisující křivku: I = 68.4U + 0.0328 3. Měřeno pro T=400K, funkce popisující křivku: I = 86.2U – 0.530 U Volt-Ampérových charakteristik na proudových kontaktech jsou křivky lehce prohnuty do tvaru tangentoidy. Tento průběh je způsoben průchodem napětí přes oblasti mezi napěťovými a proudovými kontakty chovající se jako diody. Charakteristiky měřené na napěťových kontaktech vykazují přímo úměrný nárůst proudu aplikovanému napětí. Odpovídající odpor pro celý článek činí od 1MW při nízkém vstupním napětí (do 3V). Poté lineárně klesá až k hodnotě 275kW. Na napěťových kontaktech kolísá ±3kW kolem hodnoty 12kW. Pro vybrané teploty odpovídaly hodnoty odporu: 1. R=12062 W, měřeno při T=300K 2. R=14619 W, měřeno při T=340K 3. R=11600 W, měřeno při T=400K 4.1.2 Vzorky 452B a F35C3 Pro srovnání naměřených hodnot byla provedena další měření Volt-Ampérových charakteristik vzorků s odlišnými parametry. Napájecí napětí bylo zvyšováno v intervalu 0 – 16V. Oba vzorky jsou typu-n. 452B je vysokoohmový oproti F35C3, ten je nízkoohmový. Neobsahovaly napěťové kontakty, proto jsou všechny další charakteristiky měřeny pouze na celém článku, čili na jeho proudových kontaktech. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 32 Obr.4.5 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek 452B V porovnání s předchozími Volt-Ampérovými charakteristikami vzorku F33B8 si lze všimnout velice nízkých hodnot proudu procházejícím vzorkem. To je zapříčiněno odlišnosti vodivosti vzorků (nízkoohmový/vysokoohmový). Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.5): 1. Měřeno pro T=310K, funkce popisující křivku: I = 7.56e-4U+0.0443 2. Měřeno pro T=330K, funkce popisující křivku: I = 2.68e-3U+0.1250 3. Měřeno pro T=350K, funkce popisující křivku: I = 9.70e-3U+0.2070 4. Měřeno pro T=370K, funkce popisující křivku: I = 3.19e-2U+0.2650 5. Měřeno pro T=390K, funkce popisující křivku: I = 0.1090U+0.3510 Obr.4.6 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F35C3 Tento vzorek vykazuje nejvyšší průchod proudu, hodnoty jsou až o řád vyšší, než u předchozího vzorku. Jednotlivé charakteristiky vykazují rovněž téměř lineární nárůst. 0 1000 2000 3000 4000 0 5 10 15 U [V] I [ mA ] 0 30 60 90 120 0 5 10 15 U [V] I [ mA ] 1 2 3 4 5 6 7 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0 5 10 15 U [V] I [ mA ] 1 2 3 4 5 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 33 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.6): 1. Měřeno pro T=300K, funkce popisující křivku: I = 1.61U – 0.0635 2. Měřeno pro T=310K, funkce popisující křivku: I = 2.39U – 0.186 3. Měřeno pro T=320K, funkce popisující křivku: I = 3.83U – 0.565 4. Měřeno pro T=330K, funkce popisující křivku: I = 4.66e-2U2+5.95U – 0.208 5. Měřeno pro T=350K, funkce popisující křivku: I = 1.57e-1U2+27.0U+1.33 6. Měřeno pro T=370K, funkce popisující křivku: I = 1.31U2+52.900U+6.88 7. Měřeno pro T=390K, funkce popisující křivku: I = 2.77U2 +245.0U+ 18.9 Následující obrázky představují změny proudu, protékajícím vzorkem. Byl zvolen pracovní bod, jehož napájecí napětí odpovídá výši 6V. Hodnoty zahrnují měření všech teplot v intervalu 300K – 400K po kroku 10K. Dle změřených hodnot lze určit logaritmický nárůst proudu se zvyšováním teploty vzorku. Obr.4.7 Závislost proudu na teplotě pro konstantní napájecí napětí U=konst=6V pro vzorky 452B (vlevo) a F35C3 (vpravo) Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.7): 1. Měřeno pro vzorek 452B, funkce popisující křivku: I = 1.03e-6(T/28.6) 2. Měřeno pro vzorek F35C3, funkce popisující křivku: I = 6.35e-9(T/14.9) 0.4 0.8 1.2 300 330 360 390 T [K] I [ mA ] 0 400 800 1200 1600 300 330 360 390 T [K] I [ mA ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 34 Obr.4.8 Grafické znázornění úbytku napětí na vzorku Obrázek (Obr.4.8) nám naznačuje úbytek napětí v jednotlivých částech CdTe vzorku. V tomto případě byl použit vzorek s označením F33B8. Jedná se o dvojí měření. Modrá křivka znázorňuje starší měření (květen 2006), červená pak novější měření (listopad 2007). Úbytky napětí jsou v místech vyprázdněné oblasti polovodiče. Mezi těmito oblastmi má polovodič takřka stejné odporové vlastnosti, čili úbytek napětí je minimální. 4.2 Druhé měření Podobně jako při měření v listopadu 2007 byli Volt-Ampérové charakteristiky měřeny také v březnu 2008. Abychom mohli získané charakteristiky mezi sebou porovnávat, bylo nutno připravit stejné podmínky pro obě měření. V obou případech byly k veškerému měření a zpracování dat použity stejné přístroje a PC. Vstupní napětí bylo měněno opět v rozsahu 0 – 16V. V těchto závislostech byla měněna teplota 30 – 120°C s krokem 30°C. Každé měření bylo provedeno 3 krát. 4.2.1 Vzorek F33B8 Na tomto vzorku bylo provedeno nejvíce měření, protože vzorek již od počátku práce obsahoval všechny kontakty (proudové i napěťové). V této kapitole již nebude vzorek podroben měření odporu mezi jednotlivými kontakty, ale pouze pro srovnání byly opětovně změřeny Volt-Ampérové charakteristiky. Pro následující měření je vstupní napětí nastaveno v rozmezí 0 – 10V. CdTe Napěťové kontakty Proudové kontakty Un 0 Un RL 3 2 1 4 ½Un Energetická bariéra Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 35 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 10 4 3 2 1 U [V] I [ mA ] Obr.4.9 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.9): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 5.04U–0.99 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 8.79U–2.16 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = 13.1U–4.68 4. Měřeno pro T=393K, funkce popisující křivku: I = 13.8U–1.20 Porovnáním těchto naměřených charakteristik s hodnotami získanými v listopadu 2007 (Obr.4.3) je vidět, že velikosti protékajícího proudu je v obou případech do 100mA. Zajímavým faktem je, že v tomto měření je zřejmý nárůst protékajícího proudu se zvyšující se teplotou. U měření v listopadu 2007 tento jev nebyl zřetelný. 0 50 100 150 0 0.5 1.0 1.5 1 3 2 4 U [V] I [ mA ] Obr.4.10 Volt-Ampérové charakteristiky na napěťových kontaktech pro vzorek F33B8 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.10): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 125U–0.031 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 125U–0.031 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = 114U–0.399 4. Měřeno pro T=393K, funkce popisující křivku: I = 94.1U–0.755 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 36 Při tomto měření bylo dosaženo velmi obdobných výsledků, jako v listopadu 2007 (Obr.4.4). Naměřené hodnoty proudu jsou v tomto případě nižší, ale sklon charakteristik je velice podobný. U tohoto vzorku nezapříčiňuje růst teploty zvýšení vodivosti, avšak nejvyšších hodnot naměřeného napětí (nejmenšího úbytku) je právě za nejvyšších teplot. Hodnota proudu se zvyšuje. 4.2.2 Vzorek F35C3 Tento vzorek při měření v listopadu 2007 neobsahoval napěťové kontakty, proto jsou charakteristiky z předchozích měření získány pouze z proudových kontaktů. Vzorek byl mezitím nakontaktován a tudíž následuje měření na všech kontaktech. Tato kapitola se věnuje opakovanému měření uvedeného vzorku. Následuje měření VA charakteristiky na proudových kontaktech. Hodnoty jsou odečítány na celém vzorku. Projevuje se veškerý úbytek a tím také odpor mezi jednotlivými kontakty. 0 100 200 300 400 500 0 5 10 15 1 2 3 4 U [V] I [ mA ] Obr.4.11 Volt-Ampérová charakteristika na proudových kontaktech pro vzorek F35C3 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.11): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 1927e (0.00692U –1) 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 1058e (0.0285U –1) 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = 713e (0.107U –1) 4. Měřeno pro T=393K, funkce popisující křivku: I = 1088e (0.156U –1) Nastavené teploty se mírně liší od teplot při měření v listopadu 2007. Důležitým poznatkem je však růst vodivosti se zvyšující se teplotou. Zatímco v předchozím měření (listopad 2007) se křivky křížily, v tomto případě mají jasný charakter poklesu odporu s nárůstem teploty. V porovnání však s měřením v listopadu 2007 (Obr.4.6), se hodnoty naměřeného odporu liší. Bližší porovnání znázorňuje následující tabulka. Hodnoty jsou odečteny pro napájecí napětí UN=10V. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 37 Měřeno: listopad 2007 Měřeno: březen 2008 Teplota [K] R [kW] Teplota [K] R [kW] 300 625 303 149 330 156 333 72 370 15 363 43 390 3.6 393 36 Tab.4.2 Porovnání velikosti odporu na napěťových kontaktech Zatímco vypočtené hodnoty odporu z Volt-Ampérových charakteristik naměřených v listopadu 2007 vykazují rozptyl od 625kW při teplotě 300K až k hodnotě 3.6kW při teplotě 390K, nové měření vykazuje rozdíly hodnot pouze v rámci několika desítek kiloohmů. Nicméně řádově zůstaly hodnoty nezměněny. Číselné rozdíly mohla zapříčinit změna parametrů při kontaktování současně se stárnutím vzorku. 0 100 200 300 400 500 0 2 4 6 8 4 3 2 1 U [V] I [ mA ] Obr.4.12 Volt-Ampérová charakteristika na napěťových kontaktech pro vzorek F35C3 Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.12): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 6.73U – 0.808 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 14.1U – 2.96 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = 23.2U – 1.98 4. Měřeno pro T=393K, funkce popisující křivku: I = 27.4U + 3.16 V tomto měření je opět vidět nárůst vodivosti se zvyšující se teplotou. Všechny charakteristiky mají lineární průběh. Jelikož každé měření ve všech teplotách bylo prováděno vícekrát, bylo možno jednotlivé průběhy porovnat mezi sebou. Je vidět, že i když opakované měření následovalo ihned po skončení prvního, naměřené charakteristiky se od sebe odkláněly. Pro představu jsou vybrány dvě měření za nejnižší a nejvyšší teploty 303K a 393K. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 38 0 30 60 90 120 0 5 10 15 3 2 1 U [V] I [ mA ] 0 100 200 300 400 500 0 1 2 3 3 2 1 U [V] I [ mA ] Obr.4.13 Rozptyl křivek při teplotě 303K Obr.4.14 Rozptyl křivek při teplotě 393K Obě měření byla prováděna na napěťových kontaktech. Při teplotě 303K nebyl rozptyl křivek příliš patrný. Avšak při teplotě 393K je jasně znatelný. Čísla v grafech označují pořadí, v jakém byly křivky získány. Tyto odchylky, získány za stejných podmínek, lze zdůvodnit přítomností příměsových hladin a jejich vlivu. Touto problematikou se zabývá kapitola 6. 4.2.3 Vzorek 452B U tohoto vzorku bylo v listopadu 2007 ze stejných důvodů jako u předchozího vzorku provedeno měření pouze na jeho proudových kontaktech. Vzorek byl však také nakontaktován a nové měření bylo provedeno na všech kontaktech. 0 0.4 0.8 1.2 0 5 10 15 4 3 2 1 U [V] I [ mA ] Obr.4.15 Volt-Ampérové charakteristiky na proudových kontaktech pro vzorek 452B Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.15): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 0.003U – 5.78e-4 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 0.013U + 0.002 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = 0.031U + 0.018 4. Měřeno pro T=393K, funkce popisující křivku: I = 0.062U + 0.027 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 39 Porovnáním získaných průběhů z listopadu 2007 (Obr.4.5) a z března 2008 (Obr.4.15), je vidět stejný charakter lineárního nárůstu proudu se zvyšujícím se napětím. Nově změřené charakteristiky však vykazují nižší sklon a ve výsledku nižší tekoucí proud vzorkem. Rozdíl hodnot naměřeného proudu je přibližně poloviční. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 2 4 6 8 3 2 1 U [V] I [ mA ] Obr.4.16 Volt-Ampérová charakteristika na napěťových kontaktech pro vzorek 452B Matematické funkce proložených charakteristik (k Obr.4.16): 1. Měřeno pro T=303K, funkce popisující křivku: I = 0.006U – 9.7e-4 2. Měřeno pro T=333K, funkce popisující křivku: I = 0.023U + 0.004 3. Měřeno pro T=363K, funkce popisující křivku: I = –0.003U 2+ 0.089U+0.006 Volt-Ampérová charakteristiky na napěťových kontaktech byly měřeny také při teplotě 120°C (393K), křivka však vlivem přístrojů vykazovala rozkmit. Z tohoto důvodu není v grafu zařazena. Průběh charakteristik nelze porovnat jako u vzorku F33B8 s předchozím měřením, jelikož obrázek Obr.4.16 představuje teprve první naměřené charakteristiky tohoto vzorku. Průběhy vykazují lineární závislost nebo lehký prohyb. Oproti měření závislostí na proudových kontaktech (Obr.4.15) je napětí na napěťových kontaktech nižší. To je způsobeno úbytkem mezi napěťovým a proudovým kontaktem. 5 Měření odporu vzorku F33B8 5.1 První měření V rámci táto práce je sledovat vlastnosti vzorku s postupujícím časem. Jako klíčový průběh je závislost odporu vzorku na napěťových kontaktech mezi piny 2-3. Mezi tyto kontakty dopadá záření, které ovlivňuje celkovou vodivost polovodiče. Tato problematika bude blíže popsána kapitole 7. V následujících měřeních je sledováno chování odporu článku. Odpor byl sledován na napěťových kontaktech. Teplota má hodnotu 30°C (303K) a napájecí napětí je konstantní UN=16V. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 40 0 2000 4000 6000 8000 0 20000 40000 60000 80000 Cas [s] R [k W ] Obr.5.1 Měření odporu na napěťových kontaktech v lineárním zobrazení pro vzorek F33B8 Tato závislost byla naměřena v květnu 2006. Závislost je vyobrazena v lineárním měřítku, protože zobrazuje přechodové jevy, které by při logaritmickém zobrazení deformovaly průběh křivky. První přechodový jev je vidět hned na začátku průběhu. Odpor prudce vzroste na hodnotu přibližně 7 MW. Poté následuje typický pokles, který se postupně asymptoticky směřuje k hodnotě 1.5 MW. V této závislosti však byla po necelých 10 hodinách měření zvýšena teplota ze 30°C na 110 °C. Na tomto místě (33000s) je vidět další přechodový jev. Kryostat není schopen teplotu měnit skokově a zahřátí vzorku mu zabere přibližně 100s. Je vidět náhlý pokles odporu. Třetí přechodový jev je vidět kolem hodnoty 52000s (14h). V tomto čase byla opět změněna teplota na původní hodnotu 30°C. Odpor vzorku na napěťových kontaktech však ještě mírně klesl. Obr.5.2 proložení části charakteristiky zobrazené obrázkem Obr.5.1 Obrázek (Obr.5.2) ukazuje proložení křivky poklesu odporu, než dojde do ustáleného stavu. Funkce, která prokládá tuto závislost: cR ttt +++= --- )/()/()/( 321 100100100 ttt (5.1) Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 41 Výsledná funkce je součet tří stejných funkcí. V každé z těchto tří částí je určitá časová konstanta t. t1 = 2500s t2 = 4695s t3 = 15270s Tyto konstanty umožňují získat časový údaj, ve kterém je průběh funkce nejvíce ovlivněn příměsovými hladinami mezi valenčním a vodivostním pásem. Tuto problematiku vysvětluje následující kapitola. 5.2 Druhé měření Následující měření bylo provedeno v listopadu 2007. Bylo sledováno chování odporu článku. Odpor byl měřen na celém článku a také mezi jednotlivými kontakty 1-4 (viz Obr.4.2). Teplota byla nastavena na hodnotu 300K a napájecí napětí konstantní UN=16V. 3000 6000 9000 12000 100 102 104 106 Cas [s] R [k W ] Obr.5.3 Měření odporu na napěťových kontaktech v log. zobrazení pro vzorek F33B8 Při logaritmickém zobrazení časové osy vykazuje odpor přibližně po 20 minutách měření lineární pokles Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 42 1.4x105 1.6x105 1.8x105 2.0x105 2.2x105 2.4x105 100 102 104 106 Cas [s] R [k W ] Obr.5.4 Měření odporu na proudových kontaktech pro vzorek F33B8 0.9x105 1.0x105 1.1x105 1.2x105 1.3x105 1.4x105 100 102 104 106 Cas [s] R [k W ] Obr.5.5 Měření odporu mezi proudovým a napěťovým kontaktem 1-2 pro vzorek F33B8 Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 43 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100 102 104 106 Cas [s] R [k W ] Obr.5.6 Měření odporu mezi proudovým a napěťovým kontaktem 3-4 pro vzorek F33B8 Následuje opět vyobrazení velikosti odporu v závislosti na čase na napěťových kontaktech. Tato závislost je již vyobrazena na obrázku Obr.5.3. V následujícím případě se však jedná o lineární zobrazení pro možnost porovnání s měřením v květnu 2006 a dalšího zpracování. Pro připomenutí: teplota je 300K, UN=16V, listopad 2007. 3000 6000 9000 12000 0 1x105 2x105 3x105 Cas [s] R [k W ] Obr.5.7 Měření odporu na napěťových kontaktech v lineárním zobrazení pro vzorek F33B8 Měření v květnu 2006 je narušeno měněním teplot, avšak až po přibližně 10 hodinách měření. Do této doby vykazují obě charakteristiky obdobný průběh. Odlišné hodnoty odporu lze přiřadit právě rozdílu teplot obou měření (3°C). Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 44 Obr.5.8 Proložení charakteristiky zobrazené obrázkem Obr.5.7 Jako prokládací funkce je použita rovnice 4.1. Byly získány opět tři časové konstanty t. t1 = 375s t2 = 9525s t3 = 11360s 6 Příměsové hladiny Mezi hladinou valenčního pásu a vodivostního pásu se kromě Fermiho vrstvy nachází další hladiny. Tyto hladiny ovlivňují celkovou vodivost vzorku. Jejich počet nelze jednoznačně určit. Každá z těchto hladin ovlivňuje vodivost polovodiče v určitém časovém intervalu. K nalezení alespoň přibližné časové hodnoty, ve které energie hladiny nejvíce působí na vodivost, pomůže prokládací funkce. Jelikož vodivost úzce souvisí s odporem, proloží se závislost odporu na čase. V našem případě to bude odpor mezi napěťovými kontakty (2-3). Pro kopírování průběhu odporové křivky lze použít exponenciální funkci: caR t += - )/( t (6.1) Funkci lze řadit do součtu za sebou a tvarovat tak výsledný průběh prokládané křivky, dokud se časová závislost odporu neproloží takřka ideálně. Při uspokojivém výsledku dostaneme několik časových konstant t. Jejich počet závisí na počtu funkcí, které jsou v celkovém součtu [6]. Obr.6.1 Příměsové hladiny EC EF EV Příměsové hladiny Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 45 Ve valenčním pásu EV se nacházejí elektrony, které při dostatečné energii mohou překonat bariéru a přeskočit do pásu vodivostního EC. Tím se stane materiál vodivým. Tato vlastnost je znázorněna na obrázku Obr.6.1 zelenými šipkami. Vodivost se zvýší také tehdy, přeskočí-li elektron z jakékoliv příměsové hladiny do vodivostního pásu. Elektrony mohou však přeskakovat zpět z pásu vodivostního do některé z příměsových hladin. Tím se odpor materiálů zvýší, a tudíž vodivost klesne – vyobrazeno červenými šipkami. Elektrony mohou přeskakovat také mezi hladinami příměsovými. Jelikož však nedosáhly vodivostního pásu, neprojeví se na celkové vodivosti materiálů – oranžové šipky. Hladiny nejsou vždy zaplněny stejnými počty elektronů. Je-li polovodič v nečinnosti, tzn., nejsou-li prováděná žádná měření a není připojeno napětí, jsou tyto hladiny obsazeny zřídka. Při každém měření je na vzorek připojeno napětí. To zpříčiní pohyb elektronů z valenčního pásu do vodivostního a taky zvýší aktivitu elektronů, které se posouvají z nižších příměsových hladin směrem nahoru. Popřípadě přejdou až do vodivostního pásu. Při odpojení externího napájení se elektrony začnou pohybovat opačným směrem. Z vodivostního pásu klesají do příměsových hladin. Z horních příměsových hladin se přesouvají do nižších. Čím déle zůstává vzorek v klidu, tím více elektronů se stihne přesunout. Provádíme-li několik měření v krátkém časovém úseku, může nastat případ, kdy za stejných měřících podmínek dostaneme různých výsledků [10]. Tuto situaci prezentuje následující obrázek Obr.6.2. 0 0.2x105 0.4x105 0.6x105 0.8x105 1.0x105 0 500 1000 1500 2000 2500 Cas [s] R [k W ] Obr.6.2 Různé obsazení příměsových hladin Tento obrázek (Obr.6.2) zobrazuje závislost odporu mezi napěťovými kontakty na čase. Přesnou velikost změřeného odporu nyní pomineme. Na počátku je vzorek měřen se zapnutým osvětlením s nastavenou citlivou vlnovou délkou. Odpor se ustaluje kolem hodnoty 70MW. V čase 462 sekund je osvětlení vypnuto. Odpor se zvýší a ustaluje kolem 85MW. Po 30 minutách měření je opět osvětlení zapnuto. Vzorek má stejné podmínky jako na začátku měření. Zřetelně jde však vidět, že odpor se ustaluje kolem hodnoty 2 MW. Toto měření potvrzuje různé obsazení příměsových hladin za odlišných počátečních podmínek. Jak již bylo zmíněno, přesný počet hladin není znám a jejich přibližný počet lze získat z prokládací funkce odporové charakteristiky. V našem případě byla odporová závislost na čase měřená v květnu 2006 proložená funkcí 6.1. Skládá se ze tří stejných součtových vztahů. V každém z nich je časová konstanta t, která přiblíží časový okamžik nejvíce ovlivňující průběh křivky. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 46 Vypočtené časové konstanty jsou tedy: t1 = 2500s t2 = 4695s t3 = 15270s Lze vyvodit, že příměsové hladiny byli tři. První z nich začala nejvíce ovlivňovat vodivost vzorku v čase 2500s (přibližně 40 minut). Druhá pak v čase 4695s (1.3 hodiny) a poslední v čase 15270 (4.2 hodiny). V případě měření provedené v listopadu 2007 dostáváme výslednou prokládací funkci také součtem třech exponencionálních vztahů. Výsledné časové konstanty t činily v tomto případě: t1 = 375s t2 = 9525s t3 = 11360s Při porovnání vidíme, že jednotlivé časové konstanty se liší. Tato změna může být způsobena rozdílem teplot obou měření (3°C) a tudíž odlišnou vodivostí vzorku. Jelikož při prokládání závislosti hledáme přibližnou funkci, jsou tyto časové údaje pouze odhadem přibližných časových úseků. Neznamená to však v žádném případě, že přesně v okamžiku t1 bude první příměsová hladina výrazně ovlivňovat odpor vzorku. 7 Vlastnosti polovodiče při osvětlení Charakteristickou vlastností polovodičů je závislost koncentrace volných nosičů náboje na teplotě. Koncentraci volných nosičů lze však také zvětšit působením záření. Při osvětlení polovodiče může dojít k vnějšímu fotoelektrickému jevu (projevuje se emisí elektronů do vakua) nebo k vnitřnímu fotoelektrickému jevu, při němž energie fotonu nestačí k uvolnění elektronu mimo krystal polovodiče. Vnitřní fotoelektrický jev se dále dělí na dva druhy: a) Fotovodivost. Dodáme-li elektronu dostatečnou energii, překoná elektron zakázaný pás a přejde z valenčního do vodivostního pásu. Je-li osvětlen polovodič světlem, jehož fotony mají energii vetší než je šířka zakázaného pásu, generují se v polovodiči nové páry nosičů elektrického proudu, což má za následek zvýšení vodivosti polovodiče. Fotovodivost se využívá u fotorezistorů. b) Fotovoltaický jev (nazývaný též hradlový). Při tomto jevu se spotřebuje energie dopadajících kvant na přechod elektronů (nacházejících se ve vodivostním pásu) přes potenciálovou bariéru přechodu PN dvou polovodičů. Na přívodech k polovodičům pak vznikne elektrické napětí úměrné velikosti osvětlení přechodu. Tohoto jevu využívá hradlový fotoelektrický článek a fotodioda [12]. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 47 8 Měření vzorku při osvětlení Všechny doposud uvedené měření a z nich získané charakteristiky byly provedeny bez působení světelného záření. Následující zkoumání vlastností prvku je již při působení světelného záření. Obr.8.1 Schéma zapojení pro měřeny vzorek CdTe s monochromátorem Použitá měřící technika je shodná se zapojením při měření charakteristik CdTe bez působení světla. Do zapojení přibyl monochromátor. Konkrétně byl použit přístroj s označením CARLZEISS JENA 408021. Toto zařízení rozkládá díky několika hranolům světelné záření, které je z vnějšku dodáváno žárovkou. V našem případě bylo zařízení schopno měnit vlnovou délku v rozmezí λ=350nm – 6000nm po dostatečně nízkých krocích. Kryostat Multimetr Zdroj 1 Zdroj 2 Topení Sběr dat Agilent 34970A Agilent E3631A Monochromátor Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 48 8.1 Zapojení vzorku v přímém a zpětném směru Při měření s osvětlením je nutné rozlišovat směr zapojení toku napětí. Obr.8.2 Zapojení vzorku v přímém směru Obr.8.3 Zapojení vzorku ve zpětném směru Vzorek je možno zapojit v přímém a zpětném směru. V zapojení přímém (Obr.8.2) je na první proudový kontakt připojeno kladné napětí zdroje. Mezi tímto proudovým kontaktem a nejbližším napěťovým vznikne určitý úbytek napětí. Dále následuje oblast, na kterou působí záření. Ta je ukončena druhým napěťovým kontaktem. Potom dochází k dalšímu úbytku napětí na části vzorku, která je ukončena druhým kontaktem proudovým. Při vypnutém osvětlení dochází postupně na jednotlivých kontaktech k úbytku napětí dodávaného zdrojem. V zapojení zpětném (Obr.8.3) je zdroj napětí připojen z opačné strany. To znamená na druhý proudový kontakt. Veškeré úbytky napětí nastávají obdobně také v tomto případě za předpokladu, je-li vypnuto osvětlení. Při aktivací osvětlení a nastavení vlnové délky, na kterou je vzorek citlivý se však v obou variantách zapojení (přímé/zpětné) objeví rozdíly. Obr.8.4 Zapojení vzorku v přímém směru s osvětlením Obr.8.5 Zapojení vzorku ve zpětném směru s osvětlením UZDROJ 1. proudový kontakt 2. proudový kontakt 1. napěťový kontakt 2. napěťový kontakt RZÁŤĚŽ λ UZDROJ 1. proudový kontakt 2. proudový kontakt 1. napěťový kontakt 2. napěťový kontakt RZÁŤĚŽ λ UZDROJ 1. proudový kontakt 2. proudový kontakt 1. napěťový kontakt 2. napěťový kontakt RZÁŤĚŽ UZDROJ 1. proudový kontakt 2. proudový kontakt 1. napěťový kontakt 2. napěťový kontakt RZÁŤĚŽ Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 49 V přímém zapojení nastane v oblasti dopadu záření (oblast mezi napěťovými kontakty) k dodávání elektrické energie (v podobě napětí) v opačném směru, než síťový zdroj. Napětí dodané ze světelného zdroje může být vyšší, než napětí na těchto kontaktech bez osvětlení. Nastane situace, že měřený odpor v této oblasti začne nabývat záporných hodnot. V zapojení zpětném je polarita napětí přijatého ze světelného záření stejná, jako polarita zdroje. Proto nedochází ke změnám odporu mezi napěťovými kontakty do záporných hodnot. Znázorněno obrázky Obr.8.4 a Obr.8.5. 8.2 Zapojení vzorku 452B v přímém směru 8.2.1 Hledání vlnové délky V prvním kroku při měření s osvětlením bylo nutné najít v pásmu vlnové délky λ, které dovoluje nastavit monochromátor, takový interval, ve kterém bude vzorek vykazovat změny vodivosti. Je měřen odpor mezi napěťovými kontakty. Napájecí napětí je 16V. -0.4x105 0 0.4x105 0.8x105 1.2x105 1.6x105 300 400 500 600 l [nm] R [k W ] Obr.8.6 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek 452B, časová závislost Obr.8.7 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek 452B, rozložení vlnových délek Na začátku měření je světlo vypnuto a přibližně 1000 sekund se nechává vzorek ustálit. Odpor vykazuje lehký pokles. Po uplynutí 1043 sekund je zapnuto světlo (oranžová čára). Vlnová délka je nastavena na minimum λ=350nm. Charakteristika nevykazuje žádné změny. Od tohoto okamžiku je vlnová délka postupně zvyšována. Patrné změny v odporu se začínají dít při vlnové délce λ=450nm až při λ=540nm (světle zelená barva). Poté se opět odpor zvyšuje na hodnoty, které vykazoval před uvedenými vlnovými délkami. Citlivá oblast je blíže znázorněna na dalším obrázku. -0.5x105 0 0.5x105 1.0x105 1.5x105 0 1500 3000 4500 Cas [s] R [k W ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 50 8.2.2 Citlivá oblast vlnových délek pro přímý směr -1x105 0 1x105 2x105 440 480 520 560 l [nm] R [k W ] Obr.8.8 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek 452B, časová závislost Obr.8.9 Detail na citlivou oblast vlnovýchiiii délek v přímém směru pro vzorek 452B,iii rozložení vlnových délek Velikost odporu je v ustáleném stavu bez osvětlení nebo při osvětlení vlnovou délkou, která neovlivňuje vlastnosti vzorku 131MW. Na těchto hodnotách je napětí na prvním napěťovém kontaktu 10.8V a na druhém napěťovém kontaktu 2.8V. Napětí tedy teče od prvního kontaktu (High) ke druhému (Low). Velikost odporu se mění skokově. Monochromátor však nedokáže propustit na vzorek pouze přesně nastavenou vlnovou délku, neboť světelné spektrum prochází přes širokou štěrbinu. Navíc jednotlivé vlnové délky na sebe navazují velice blízko. Z těchto důvodů v začátku oblasti citlivých vlnových délek dochází ke kmitání odporové charakteristiky. Křivka skáče do záporných hodnot odporu (vliv přímého zapojení) a zpět do hodnot odporu jako bez osvětlení. Nikoli však mezi ně. První hodnota změny odporu je zaznamenána při vlnové délce 450nm postupně s krokem 5nm je vlnová délka zvyšována. Na vlnové délce 485nm se hodnota odporu ustálí na spodní hodnotě. Tato hodnota činí -18MW. V tuto chvíli jsou na prvním napěťovém kontaktu (High) 2V a na druhém napěťovém kontaktu 3V. Vzorek je schopen přijmout energii v podobě záření. Přijatá energie při převodu na napětí dokáže mezi měřenými kontakty obrátit směr toku napětí. Naměřené hodnoty vypovídají o napětí 11V, které je přijato z energie světelného záření. Na hodnotách vlnové délky 540nm hodnota odporu ještě více padá do záporných hodnot, velikost přijímaného napětí však zůstává stejná. Vzorkem však začíná protékat vyšší proud 98mA. Dosavadní hodnota proudu činila 70mA. První skoková změna odporu do hodnot odpovídajícím vypnutému osvětlení nastává při vlnové délce 550nm. K ustálení velikosti odporu pak dochází při vlnové délce 560nm. Pro vyšší vlnové délky se velikost odporu mezi napěťovými kontakty nemění. Popsaný průběh velikosti odporu při změnách vlnové délky je pro případ přímého zapojení znázorněn obrázkem Obr.8.8. 131MW -18MW 450nm 485nm 540nm 550nm 560nm -1x105 0 1x105 2x105 3000 3200 3400 3600 3800 4000 Cas [s] R [k W ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 51 8.3 Zapojení vzorku 452B ve zpětném směru 8.3.1 Hledání vlnové délky Podobně jako u přímého zapojení byl vzorek nejprve vystaven osvětlení širokému rozsahu vlnových délek, aby se našel interval, ve kterém je vzorek citlivý a mění své vlastnosti. V tomto případě je však vzorek zapojen ve zpětném směru (Obr.8.3). Typ a napájecí napětí zůstalo nezměněno. 0 1x105 2x105 3x105 300 400 500 600 700 l [nm] R [k W ] Obr.8.10 Hledání citlivé vlnové délky ve zpětném směru pro vzorek 452B, časová závislost Obr.8.11 Hledání citlivé vlnové délkyii ve zpětném směru pro vzorek 452B,i rozložení vlnových délek Na začátku měření je osvětlení vypnuto. Opět je vzorek určitý čas (1043s) ponechán v klidu, aby se měřený odpor mezi napěťovými kontakty ustálil (oranžová čára). Poté je zapnuto světlo s nastavenou vlnovou délkou 300nm. Na odporové závislosti se objeví lehký pokles odporu, který se však po přibližně 10 vteřinách vrátí na původní hodnotu. Číselně je původní hodnota 174MW. Pokles zaznamenaný při zapnutí světla byl na hodnotu 169MW. Odpor se tedy snížil o 5MW. Tato hodnota je však díky stále vysoké hodnotě a pouze krátkému okamžiku výskytu pro toto měření nepodstatná. Vlnová délka je postupně zvyšována a vzorek začne reagovat změnou odporu při λ=355nm. V této oblasti začne odpor vzorku lehce klesat. Dále následuje prudký pokles odporu. Ten po určitou změnu setrvává na nízké hodnotě a poté opět roste. Celou reakci zaznamenává světle zelená barva. Detailní a číselný popis oblasti vlnových délek, na kterou je vzorek citlivý, popisuje následující podkapitola. 0 1x105 2x105 3x105 0 1000 2000 3000 4000 Cas [s] R [k W ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 52 8.3.2 Citlivá oblast vlnových délek pro zpětný směr 0 1x105 2x105 3x105 350 450 550 l [nm] R [k W ] Obr.8.12 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B Obr.8.13 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru, rozložení vlnových délek pro vzorek 452B Odpor se po ustálení, zapnutí osvětlení a nastavování vlnových délek v rozsahu 300- 355nm téměř neměnil. Pohyboval se kolem hodnoty 174MW, jež znázorňuje podélná černá čára. Při těchto hodnotách je velikost napětí na druhém napěťovém kontaktu (Low) 11V. Na prvním napěťovém kontaktu (High) jsou 2V. Úbytek napětí mezi těmito kontakty činí 9V. Příčinou toho, že na kontaktu Low je vyšší napětí než na kontaktu High je směr zapojení. V tomto případě zpětné. Proud vzorkem teče 52mA. Po překročení vlnové délky 355nm začal odpor zvolna klesat. Tato hranice je znázorněna červenou čarou. Hodnota odporu klesla s narůstající vlnovou délkou na 150MW. Nastavená vlnová délka odpovídala hodnotě 445nm (oranžová čára). Pro tento případ je napětí na kontaktu Low stejné. Jelikož se odpor mezi kontakty High a Low lehce snížil, klesl také úbytek napětí. Jeho velikost je nyní přibližně o 200mV nižší => 2.2V na kontaktu High. Protékající proud vzrostl o 1mA. S další zvyšující se vlnovou délkou (λ>445nm) začíná hodnota odporu skokově padat. Z důvodu popsaném v kapitole pro měření v přímém směru, dochází ke kmitání. Odpor skokově mění svou velikost. K ustálení dochází na vlnové délce 455nm (fialová čára). Ustálená hodnota odporu v tomto případě činí 13MW ale stále klesá, až se dostane přibližně ještě o 1MW níž. Pro tuto oblast je nastavená vlnová délka 500nm. Úbytek napětí mezi kontakty je nyní 0.75V. Pro velikost odporu 12MW je to ještě o několik desetin voltů méně. Následuje interval, kde odpor znovu skokově mění svou hodnotu. Jelikož však nedochází k ustálení odporu (oblast světle zelené barvy), je blíže tato situace znázorněna na následujícím obrázku (Obr.8.14). 0 1x105 2x105 3x105 2000 2500 3000 Cas [s] R [k W ] 355 445 455 500-580nm 174kW 150kW WW Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 53 Obr.8.14 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B Tento obrázek přibližuje přechod odporu mezi napěťovými kontakty s ustálené spodní hranice (12MW) na hodnotu, která odpovídá vypnutému osvětlení nebo takové vlnové délce, která neovlivňuje vlastnosti vzorku. Jak již bylo zmíněno, velikost odporu se ustálila na spodní hranici při rozsahu vlnové délky 455 – 495nm. V hodnotě λ=500nm dochází k prvním překmitům hodnot odporu. Jednotlivé barevné pruhy v obrázku (Obr.8.14) reprezentují různou vlnovou délku. Jak se mění jednotlivé parametry vzorku, uvádí následující tabulka. Znázorňující barva v obrázku Obr.8.14 Vlnová délka λ[nm] Velikost odporu na napěťových kontaktech R[MW] Velikost napětí na kontaktu High U [V] Velikost napětí na kontaktu Low U [V] Úbytek napětí mezi kontakty High – Low U [V] 500 9108 2.58 3.14 0.56 510 8636 2.59 3.12 0.53 520 7507 2.67 3.15 0.48 530 6947 2.73 3.19 0.46 540 105415 2.93 11.42 8.49 550 82487 2.49 10.47 7.98 560 122405 2.14 10.27 8.13 570 145475 2.15 10.15 8.00 580 157666 2.07 10.72 8.65 590 162237 2.08 10.85 8.77 Tab.8.1 Detail na citlivou oblast vlnových délek ve zpětném směru pro vzorek 452B Při přechodu velikosti odporu mezi napěťovými kontakty z nízkých hodnot na vysoké nedochází k jednoznačnému skoku do hodnot jako bez osvětlení. Odpor má tendenci po počátečních překmitech do vyšších hodnot na vlnové délce 500nm opětovně padat. Největší pokles je zaznamenán pro vlnovou délku 550nm. Poté začne plynule stoupat se zvyšující vlnovou délkou až k hodnotám, které odpovídají stavu bez osvětlení. Tato vlastnost je 0 1x105 2x105 3x105 2800 2900 3000 3100 3200 3300 Cas [s] R [k W ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 54 hlavním rozdílem v zapojení ve zpětném směru oproti směru přímému, kde k takovému jevu nedochází. 8.4 Měření dlouhodobých měření Tato kapitola se zabývá měřením stejného vzorku (452B), kdy budou nastavené parametry ponechány beze změn po delším časový úsek. Bude tak zkoumána stabilita vzorku. Napájecí napětí je ponecháno (16V). Během měření se nějaký parametr změní a bude sledována reakce vzorku. 0 0.4x105 0.8x105 1.2x105 1.6x105 2.0x105 0 500 1000 1500 2000 Cas [s] R [k W ] Obr.8.15 Reakce na nastavenou vlnovou délku ve zpětném směru Obrázek (Obr.8.15) zobrazuje závislost odporu mezi napěťovými kontakty. Obvod je zapojen ve zpětném směru. Po spuštění měření je obvod ponechán v klidu beze změn jakýchkoli parametrů. Pokles odporu a asymptotické přibližování hodnotě 80MW již bylo pozorováno v předchozích měřeních. Vlastnosti vzorku se nechaly ustálit 1013s. Na kontaktu High bylo naměřeno -11.36V, na kontaktu Low -2.5V. Úbytek mezi kontakty tedy činí 8.86. Poté bylo zapnuto osvětlení s nastavenou konstantní vlnovou délkou 475nm. Odpor vzorku mezi oběma kontakty se skokově sníží na hodnotu 9MW. Napětí na kontaktu High vzrostlo na -5V, na kontaktu Low na -3.7. Úbytek mezi kontakty se snížil na 1.3V. Hodnota odporu s narůstajícím časem stále klesala. Měření trvalo přibližně 31 minut. Po této době se ustálila hodnota odporu na 1200kW. Napětí bylo -3V na kontaktu High a -2.8V na kontaktu Low. Úbytek mezi kontakty činil pouze 0.2V. 8.5 Zapojení vzorku F35C3 v přímém směru 8.5.1 Hledání vlnové délky Podobně jako u předchozího vzorku bylo několik prvních měření věnováno nalezení oblasti citlivých vlnových délek λ, ve které bude vzorek vykazovat změny vodivosti. Je měřen odpor mezi napěťovými kontakty. Napájecí napětí je rovněž 16V. Tento vzorek je nízkoohmový. Tato vlastnost předurčuje, že změna vodivosti v oblasti citlivé vlnové délky nebude tak patrná jako u předchozího vzorku. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 55 31.0 31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 300 400 500 600 700 800 l [nm] R [k W ] Obr.8.16 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek F35C3, časová závislost Obr.8.17 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek F35C3, rozložení vlnových délek Postup je stejný jako u předchozího vzorku. Na začátku měření je světlo vypnuto a přibližně 350 sekund se nechává vzorek ustálit. U tohoto vzorku se nenechává odpor ustalovat příliš dlouho, jelikož má tendenci klesat prudčeji než u vysokoohmových vzorků. Ustaluje se kolem hodnoty 31.5kW. Nechal-li by se odpor ustálit až k této hodnotě, nebyly by poté patrné změny na citlivou vlnovou délku. Po uplynutí zvoleného času je zapnuto světlo (oranžová čára). Vlnová délka je nastavena na minimum λ=350nm. Charakteristika nevykazuje žádné změny. Od tohoto okamžiku je vlnová délka postupně zvyšována. Patrné změny v odporu se začínají dít při vlnové délce λ=530nm až při λ=570nm (světle zelená barva). Poté se opět odpor zvyšuje na hodnoty, které vykazoval před uvedenými vlnovými délkami. Citlivá oblast je blíže znázorněna na dalším obrázku. 8.5.2 Citlivá oblast vlnových délek pro přímý směr 31.0 31.1 31.2 31.3 500 520 540 560 580 600 l [nm] R [k W ] Obr.8.18 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek F35C3, časová závislost Obr.8.19 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek F35C3, rozložení vlnových délek Na těchto obrázcích (Obr.8.18 a Obr.8.19) je jasně vidět, že změna velikosti odporu u tohoto vzorku je mnohem menší než u jakéhokoliv vysokoohmového. Srovnáme-li tento vzorek například se vzorkem 452B v zapojení v přímém směru (Obr.8.8 a Obr.8.9) zjistíme, 31.21kW 31.08kW 530 540 550 560 570 31.0 31.1 31.2 31.3 1000 1050 1100 1150 1200 1250 Cas [s] R [k W ] 31.0 31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 0 500 1000 1500 Cas [s] R [k W ] Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 56 že změna odporu vzorku 452B v intervalu citlivých vlnových délek činí až 95% pokles z původní hodnoty. Zatímco u vzorku F35C3 je rozdíl maxima a minima odporu pouze 1%. Tuto vlastnost zapříčiňuje vodivost vzorků. Protože vzorek 452B patří do vysokoohmových typů, je jeho vodivost nižší. To zapříčiňuje vyšší změnu odporu při osvětlení citlivou vlnovou délkou. Proto u nízkoohmového vzorku F35C3, který má vyšší vodivost, je reakce na osvětlení nižší. 8.6 Zapojení vzorku F33B8 v přímém směru 8.6.1 Hledání vlnové délky 8.70 8.85 9.00 9.15 300 400 500 600 700 800 l [nm] R [k W ] Obr.8.20 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek F33B8, časová závislost Obr.8.21 Hledání citlivé vlnové délky v přímém směru pro vzorek F33B8, rozložení vlnových délek Obdobně jako v předchozích měřeních je nejprve prozkoumána oblast vlnových délek a hledána změna vodivosti. Jelikož se jedná o nízkoohmový vzorek, má charakteristika obdobný průběh jako měření vzorku F35C3. Po uplynutí 620s pro ustálení odporu, je zapnuto světlo (oranžová čára). Postupným zvyšováním vlnové délky jsme se dostali až k 530nm, kde začíná odpor prudčeji klesat. Změna velikosti odporu oproti ustálenému stavu je vyznačena světlezeleným pruhem. Citlivá oblast je blíže znázorněna na dalším obrázku. 8.80 8.85 8.90 8.95 9.00 500 520 540 560 580 600 l [nm] R [k W ] Obr.8.22 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek F33B8, časová závislost Obr.8.23 Detail na citlivou oblast vlnových délek v přímém směru pro vzorek F33B8, rozložení vlnových délek 8.5 8.7 8.9 9.1 9.3 9.5 0 500 1000 1500 2000 Cas [s] R [k W ] 8.7 8.8 8.9 9.0 1300 1400 1500 1600 Cas [s] R [k W ] 530 530 530 530 530 530 8.76kW 8.96kW Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 57 Podobně jako u vzorku F35C3 je rozdíl hodnot odporu mnohokrát nižší než u vysokoohmových. V tomto případě se hodnoty liší o 2.5%. U těchto nízkoohmových vzorků sice byl prozkoumán také zpětný směr, charakteristiky jsou však velice podobné směru přímému, včetně získaných hodnot. Proto nebyly tyto výsledky do této práce zařazeny. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 58 Závěr Předmětem této práce je prezentace CdTe detektoru jako polovodičového materiálu. Dále popsat jeho vlastnosti a porovnat se současnými materiály. Provést měření s proměnnými vstupními veličinami. Prozkoumat vlastnosti kontaktu kov-polovodič. V první části této práce, kterou činí přibližně čtvrtina, jsou popsány chemické, fyzikální, mechanické a elektrické vlastnosti daného prvku. Jedná se o materiál vzácný. Klíčovou vlastností je měrný odpor materiálu, jehož velikost lze ovlivnit růstem monokrystalu. CdTe se zařadí do světa elektrotechniky zvolna. Nejsou ještě zcela známy všechny jeho vlastnosti a hlavně se pro jeho výrobu musí absolvovat složitý a drahý proces. Již prozkoumané vlastnosti prvku však jej řadí do vhodných materiálů pracujících s optikou. Ve druhé kapitole je popsána teorie o kontaktech. Jsou uvedeny základní vztahy pro výpočet parametrů kontaktů. Na obrázcích je znázorněn postupný vznik kontaktu mezi kovem a polovodičem. Je zde vysvětleno, jak dochází k úpravě energetických hladin a výstupních prací kovu i polovodiče v zapojení do propustného i závěrného směru. Abychom mohli lépe pochopit a popsat naměřené průběhy, zabývá se část práce vysvětlením problematiky příměsových hladin, které v určitých časových intervalech ovlivňují vlastnosti materiálu. K tomu slouží proložení naměřené charakteristiky funkcí a hledání časových konstant. Část textu se věnuje vysvětlení působení záření na vliv vodivosti. K dispozici pro měření jsme měli 3 vzorky s označením 452B, F33B8, F35C3. F33B8 je typu-p, ostatní jsou typu-n, liší se v ostatních parametrech. Nejvíce měření bylo provedeno na vzorku F33B8. Tento vzorek obsahoval všechny 4 kontakty hned na počátku práce, tudíž se na něm mohla provést řada měření. Ostatní měly pouze kontakty proudové. Teprve přibližně v polovině časového plánu byly také u těchto vzorků přidány napěťové kontakty. U všech vzorků jsme sledovali průběh Volt-Ampérových charakteristik. Měření bylo prováděno několikrát za změny teploty v rozsahu 300K- 400K. Průběhy se vyznačovaly lineárním nebo lehce exponenciálním růstem. Důležitým faktem zaznamenaných, s výjimkou jednoho měření, u všech vzorků bylo růst vodivosti s rostoucí teplotou. Všechny grafy jsou v příslušných kapitolách uvedeny včetně matematických popisů proložených křivek. Na vzorku F33B8 jsme provedli také dlouhodobá měření, kdy jsme sledovali úbytky napětí na jednotlivých kontaktech. Z naměřených hodnot je poté vynesena závislost odporu v čase mezi jednotlivými kontakty. Na prvcích 452B a F35C3 byla sledována závislost změny proudu při různých teplotách vzorku (300K - 390K). Proud vzorkem exponenciálně rostl. Po nakontaktování všech vzorků bylo na nich provedeno také měření závislosti odporu na čase. Závislosti se porovnaly a dle prokládacích funkcí byl stanoven počet příměsových hladin a časové oblasti, ovlivňující průběh charakteristik. Při zhodnocení naměřených výsledku jsme dospěli k závěru, že vzorek F33B8 měl s nejvyšší pravděpodobností poškozené proudové kontakty. Nasvědčovalo tomu měření závislosti úbytku napětí na jednotlivých kontaktech. Při nakontaktování ostatních vzorků byl překontaktován i tento vzorek. Nová měření již byla v pořádku. Ostatní vzorky nevykazovaly žádné závady. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 59 V poslední části práce byly vzorky vystavovány světelnému záření. Nejprve byla hledána u všech vzorků citlivá vlnová délka. V hledaném intervalu vykazovaly vzorky snížení odporu a tudíž vyšší vodivost. Vzorek F35C3 byl vysokoohmový. V tomto měření se tato vlastnost projevila velkým odstupem hodnot mezi oblastí s necitlivou a naopak citlivou vlnovou délkou. Procentuelně činil rozdíl až 95%. Při měření nízkoohmového vzorku nedosahovaly hodnoty odporu v měřených vlnových délkách takových rozdílů. Hodnoty se lišily v rámci několika jednotek procent. Citlivá oblast vlnových délek se pohybovala v intervalu 460nm – 580nm. Nepájecí napětí bylo připojeno v obou směrech. Některé vzorky vykazovaly odlišnou citlivost na vlnovou délku v různém směru připojeného napájecího napětí. Komentář k zadání diplomové práce Prvním cílem, kterého mělo být v této práci dosaženo, bylo prostudovat základní vlastnosti detektorů záření na bázi CdTe. Veškeré vlastnosti daného materiálu včetně jednotlivých prvků popisuje celá první kapitola. Druhým úkolem bylo prostudovat základní typy kontaktů a vznik kontaktu mezi kovem a polovodičem. Touto problematikou se zabývá druhá kapitola, kde je pomocí několika obrázků znázorněna reakce materiálů při vzniku kontaktu. Ve třetí části zadání měla být měřena závislost transportu nosičů na teplotě. Tato problematika byla zkoumána pomocí měřených Volt-Ampérových charakteristik při měnění teploty vzorku. Tato část je zpracována čtvrtou kapitolou. Posledním cílem bylo sledovat změny vodivosti vzorku na vlnové délce. Vzorky byly vystaveny širokému spektru záření a poté byla citlivá oblast zkoumána blíže. U vybraných vzorků byla sledována tato závislost v obou směrech připojeného napětí. Informace spojené s tímto zkoumáním jsou obsahem osmé kapitoly. Tímto jsem přesvědčen o tom, že bylo splněno zadání diplomové práce a to ve všech jeho bodech. Diplomová práce Analýza signálů z transportních a stochastických charakteristik detektorů záření 60 Použitá literatura [1] BRZOBOHATÝ, J., MUSIL, V., BAJER, A., BOUŠEK, J., PROKOP, R, Elektronické součástky, učební texty, VUT FEKT Brno 2003 [2] ZAJAČEK, J., Transport and Noise Characteristics of CdTe Sensors, Brno 2006, ISBN: 80-214-2990-9 [3] ANDREEV, A., Investigation of 1/f Noise of p-type CdTe Detectors, Cluj-Napoc, 2007, ISBN: 978-973-713-174-4 [4] ZAJAČEK, J., Metal-Semiconductor Contact Modeling and Transport Characteristics Detectors of Radiation Based on the CdTe, Austria 2006, ISBN: 3-902463-05-8 [5] LIBOR, V., Příprava a vlastnosti kontaktů na polovodičích typu CdTe/CdZnTe, Diplomová práce, UK Praha 2005 [6] TURKEVYCH, I., High-tepmerature elektron and hole mobility in CdTe, UK Praha 2002 [7] Vlastnosti Cadmium Telluride (CdTe,) dostupné na WWW: http://www.sttic.com.ru/lpcbc/DANDP/cdte_adv.html [8] NAVAL RESEARCH LABORATORY, The CdTe Structure, Last Modified 2004, dostupné na WWW: http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/CdTe.html [9] ZANIO, K., Semiconductors and Semimetals, Volume 13, Cadmium Telluride, USA 1978, ISBN: 0-12-752113-5 [10] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., Fyzika, Elektromagnetické vlny – Optika – Relativita, Brno 2000, ISBN: 80-214-1869-9 [11] VACKOVÁ, S., HORADŽOVSKÝ, T., MAJLINGOVÁ, O., Influence of Temperature Gradient on the Function of CdTe gamma Detectors,Proceedings of Workshop 2003. Praha: CTU, 2003, vol. A, s. 128-129. ISBN 80-01-02708-2. [12] UDA, H., IKEGAMI, S., SONOMURA, H., Te-metal contact on evaporated CdTe film for a CdS/CdTe solar cell, Solear Energy Materials and Solar Cells, Vol 35., USA 1994, ISBN: ISSN 0927-0248 [13] CORDES, J., SCHMID-FETZER, R., Electrical properties and contact metallurgy of elemental (Cu, Ag, Au, Ni) and compound contacts, Semiconductor Science and Technology Vol.10, Francie 1995, ISBN: 10-1088-0268 [14] HENISCH, H., K., Semiconductors contacts, Calerdon Press, Oxford 1984, ISBN: 3-908450-94-2 [15] WIKIPEDIE, Otevřená encyklopedie, konkrétní odkazy dostupné na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Kadmium a http://cs.wikipedia.org/wiki/Tellur