ĐAI HOC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐAI HOC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ĐỂ TÀI
NGHIÊN CỨU CHÊ TAO
CẢM BIẾN QUANG ĐIÊN VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHỨNG
MÃ SỐ : QT 9X-05
CHÚ CHÌ ĐỀ TÀI : PGS TS NGUYỄN THỊ THỤC HIEN
CA n r: - .
TRÍIHGTA.VT.
HÀ NÒI 2000
ĐỂ TÀI
NGHIÊN CỨU CHÊ TAO
CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN VÀ CÁC TÍNH CHAT
CỦA CHÚNG
MÃ SỐ: ỌT98-05
CHỦ CHÌ ĐỂ TÀI: PGS TS NGUYỄN THỊ THỤC HIỂN
Các Cán Bộ Phối Hợp : GS Đàm Trung Đổn
PGS TS Nguyễn Ngọc Long
TS Lê Hổng Hà
TS Lê Thanh Bình
CN Trần Vĩnh Thắng
BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỂ TÀI CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA
1 TÊN ĐÊ TÀI : “ NGHIÊN c ứ u CHÊ TẠO CẢM BIẾN QUANG
ĐIỆN VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÚNG”
MÃ SỐ QT 98-05
2. Chủ Chì Đề Tài : PGS TS
Nguyẻn Thị Thuc Hiển
3. Các Cán Bộ Tham Gia
GS
Đàm Trung Đon

thiết bị rời rạc cùa bộ môn. của đơn vị han và kinh phí do đe tài cap. Phan men ilnet ké ticn
lợi VỚI phỏng tiếna Việt trong Pascal và có hướnvỉ dán ty mi lẽn vi ọc sử dụ 11 li rát thuận lọi.
Voi hệ đo dược xay dựng, có the đo phò quaim dán ớ các nhiệt do khác nhau . pho tàn
sỏ, dặc trung Von-Ampe cũng như tạp nội.
Đã tạo được các cám biên sau:
■»
-Quang trở từ đơn tinh thể CdTe loại n có điện trớ suất khá cao ( lCT-lO'Qm) với các
kích thước khác nhau.
-Các photodiode từ chuyến tiếp p-n Si có sẵn với các kích [hước khác nhau tù
2x2x0.5mm đến 5x6x0.5mm và các photodiode từ tiếp xúc kim loại- bán dản Au-CdTe loại
n với các loại gia cóng bề mặt khác nhau.
Tiếp xúc Au lén bé mặt bán dản được thưc hiện bằng phương pháp lãng đọng hóa học
hoặc bốc bay trong chán không.
Đã đo các đặc trưng phổ, đặc trưng tần số và tạp nội, tìm sự ảnh hướng lên các thông sỏ
dó và kết luận về chất lượng cũng như hướng sử dụng của các cảm biến đã chế tạo.
-Đã có 5 sinh viên chuyên nghành vật lý chất rắn làm việc trên hệ đo và đã báo vệ
thành công luận vãn tốt nghiệp.
Hàng năm, iưỏn có khoáng 2 đến 3 sinh viên năm thứ ba tập dượt trên hệ đo. Trong sô
đó có một sinh viên đạt giải nhì trong hội nghị khoa học cấp ĐHQG Hà Nội.
Đã có 3 báo cáo tai các hội nghị khoa học bao gồm
Một báo cáo tại hội nghị “Đào tạo. nghiên cứu và ứng dụng về khoa học và
công nghệ vật liệu” 8-2000. Huế.
Hai báo cáo tai hội nghị khoa học tai trường ĐHKHTH-ĐHQGHN 11-2000
6. Tinh hình kinh phí
Tống kinh phí được cáp 16 triệu trong hai năm 1998-1999
Kinh phí dã chi theo đúng hạn mục đãng ký.
Xác nhận của han chủ nhiệm khoa Chu trì để tài
(Ký và ghi rõ họ tên) ( Kv và ghi rõ họ tên )
[ V . ( KÁ — Y
Xác nhận của trườn a

high resistivity (p = 104H-l<ỹQm).
The photodiodes have been made by two types. The first is based on Si p-n junction and
the second is contact of Au-CdTe n-type.
The role of photodetectors concentrates on using a relay or sensor so they must be
sensitivity at proper wave lengths, their relaxation time should be short enough, intrinsic
noise should he small B\ this propose the project concentrates on investigation the
influence of some parameters on the properties of photodetcctois such as photosensitivity
raimc. relaxation time, the suface technology, impurity, load resitors Besides intrinsic
noise was investisated.
3. The results of research
Upon on the discrete equipment of the Department of General physics tile
photoconductivity measurement was set Lip.
The Pascal language supported bv Vietnamese fonts was used to control. The system
can be operated easily to determine the spectral and frequence characteristics of
semiconductor photodetectors. The intrinsic noise can be also measued by this system. The
photodetectors of such kinds was made:
+ photoresistors based on CdTe n-type with resistivity about 104Qm.
+ Photodiodes based on Si p-n junction with diffirent areas ranged from 2x2x0.5mm
to 5x6x0.5mm.
+ photodiodes based on the contact Au-CdTe n-type with diffirent surface
technology: cleved, polishing, etching The Au contact was made by chemical deposition
and evaporating.
The characteristics such as photoconductivity spectra, frequence spectra were
measured. The influence of the areas of photodetectors on the relaxation time was
investigated. The intrinsic noise of the photodetectors was also investigated.
There were 5 students who have done thesises on the apparature.
There are 2-4 sutudents coming ofen to learn research . Among them one student
won the second prize from the student conference of Vietnam national university HaNoi.
There were 3 reports on physics conferences.
6

7
MỚ ĐẨU
Điện tứ học hiện đại dựa chủ yếu vào các hiện tượng điện tử trong chãt rắn. đặc biệt là
các chất bán dẫn và sử dụng các linh kiện bán dẫn trên cơ sờ các hiện tượng đó. Các linh
kiện điện tứ được chú ý vì có độ nhạy cao. dễ điều khiển, chức năng uyển chuyển, tốc độ
cao Với những ưu thế trên dường như trong tươns lai điên tứ học không còn gì phải đối
phó nữa. Tuy nhiên, với sự phát triển cùa kỹ thuật, người ta đã phát hiện những hạn chê của
việc áp dụng các hiện tượng điện tử. ví dụ sự cách điện để chống nhiễu và các khả nâng
tăng các thông tin. Điện tử học hiện đại không thể giải quyết một cách cơ bàn vấn đề thu
nhỏ vi mô toàn bộ các thiết bị. Các bộ phận truyền thống như biến thế, rơle. biến trở rất thô
thiến so với các mạch tổ hợp vì chúng có kích thước lớn. có bộ phận chuyển động. Những
bộ phận trên đóng góp chú yếu vào trọng lượng của thiẻt bị, tiêu tốn năng lượng, làm cho
giá thành tăng. Sự thu nhò vi mò các linh kiên là rất cẩn thiết.
Vi điện tứ hiện đại thực tế đã đat đươc giới han trên cùa lý thuyết cả về tốc độ truyền
dữ liệu và dung lượng của máy tính. Nếu chi dùng ớ các hiệu ứng cua điện tứ thì khỗng thế
cái tiến thêm được những han chẽ trẽn.
Cá trong lĩnh vực nghiên cứu và thực tiễn người ta cho biết rằng các ván đé đã nêu ở
(rên có thể giái quyết được qua việc nối liền giữa các hiện tượng điện tứ và quang học ở các
chất bán dần. Cụ thể là chuyến lừ điện tử học thành quang điên tú học. Các linh kiện quang
điện tử dựa trên các hiện tượng quang-diện và điện-quang. Vì lẽ trẽn các linh kiện quang
điện tử claim được tập trung nghiên cứu mạnh.
Những linh kiện quang điện tử được sứdụns rộ liu rãi và iươrm dối đơn sum, khôn” d á t
liền là các cám biến như quang trớ và photodiode. Các linh kiên này có the sử duns làm
các rơle, chuyển mạch hoặc nguốn LI 111 nhãn bức xạ.
Với các chức năng trên, những thông sò cua các cam biên cần phái xem xét khi nghiên
cứu. chẽ tạo và sử dụng là : độ nhạy, tốc độ hướng ứng. tạp nội.
Đẽ nghiên cứu về các chất bán đản nói chung và các cám biến nói riêng cân có một hệ
đo chính xác. tiện lơi. Vì mục tiêu đó và cũng vì mục tiêu đào tạo. phòng thí nghiệm quana
bán dẫn của hò món Vật Lý Đại Cương Khoa Vật LÝ trườna ĐHKHTN-ĐHQG Hà Nội
nhận thây việc xây dựng hệ đo phổ quang dẫn đế đo bổ xung cho hệ đo huỳnh quans. hấp

Sư hàp thụ ánh sáng làm xuãt hiện các hạt tai tự do trong quans trớ. nó đónạ tỉóp thêm
vào cho tlộ dan điện cua vật liệu cho đến kill chúnạ bị bát: hoặc tam thòi ờ các lãm hát hay
vĩnh viễn ó' các tâm tái hợp. Quá trình này được gắn với các sai hỏng tinh thế. Tất cà các
lính chất quan trọng cua quang trờ như độ nhạv. tóc độ đáp ứng và độ đản tối được xác
định, ít ra là một phần, bởi bản chất và mật độ của các sai hóng tinh thế.
Đê đơn gián ta giải thiết rằng một loại hạt tải chiếm ưu thế trong biếu thức cua độ đản
cùa vặt liệu
ơ - ncu ( 1)
Trong đó n la mật độ hạt tai tư do, Lí là độ linh độn» và e là điện tích cua chúns.
Sụ thay dổi độ dẫn do chiêu sáng có thế sãy nên bới sư thay đối nóne dọ hạt tái hoặc
độ linh động [ I ]
Aơ = eịiAn + enAu (2 )
Sự thay dổi mật độ hạt tái \n liên quan trực tiếp với cường đò ánh sána kích thích (ị) và
thòi iỉian sóng của hạt tái T
n = T. <|) (3a)
Từ dó An - Ĩ A(Ị) + 0 . \T (3b)
Từ (3h) có thế viết (2) dưới dan”
Act = exuA(Ị) + c|ì <Ị>At - neAu (41
Mỗi một sò hạns trone còng thức (4) sẽ tiên quan đến ít nhất một cơ chỏ quarm dan.
9
Thành phần thứ nhất eĩ/Ẩầệ biểu thị quang dản gây nẽn sự thay đổi độ đẫn do sư thay
đổi cường độ ánh sáng kích thích. Như vậy mật độ hạt tái thay dối do sự thay đối cường độ
ánh sáng kích thích còn thời gian sống cùa chúng giữ nguyên không thay đỏi.
Thành phần eụộầT chứa đựng các hiệu ứng trong đó thời gian sống thay đôi dưới sự
kích thích quang. Thời gian sống T phu thuộc vào nồng độ tâm tái hợp Ny . thiết diện bắt
hạt tải s, và tốc độ nhiệt V cùa các hạt tải theo biếu thức
: (5,
vsrNj
Như vậy
AN, As,

điếm tươnạ tác.
Nêu troim hán dần có các sai hone tinh the thì kill các diên tứ và lỗ Irõna tự do íiặp
nhau ờ gần sai lions tinh thế (các bảy) thì các bảy tham ilia vào các quá trình trao đổi nãnụ
IƯỢI12 và XU112 lirợnti. Các bày có the cho hoặc nhân XLine lưựiiiỉ từ các cặp tái hop làm cho
quá trình tai hợp xáv ra. Như vậy. các điện từ tự do b| hãt vào bảv và sau dó roi vào trạno
thãi tròn a ớ vùng hoá trị. phái xạ ra photon và thay dối xuna lượn Lí của hay.
10
Ngoài quá trình tái hợp còn có quá trình điện lư bị bắt vào ‘tàm dính’ tức là các tám
không sáu và sau đó có thế được kích thích trở lại do nhiệt. Sự bãt các hạt tái một loại trẽn
các tâm dính có thé làm tãng độ dản không cân bàng Àcr.
Cường độ tái hợp các điện tử trẽn tám tái hợp tỷ lệ thuận VỚI nồng độ n cua diện tư,
nồng độ tâm tái hợp N, xác suất bắt điện tử bởi các lỗ tròng cho trước (đặc trưng bới thiết
diện bắt s, ) và tốc độ chuyển động nhiệt trung bình V .
r = — = nN! SI V (10)
r
Từ biểu thức (10) ta có được biểu thức (5) cho thời gian sõng như đã nói ỏ' trên.
Trong bán dẫn tạp thõng thường, thiết diện bắt s, qua tái hợp trên tâm tap có giá trị cỡ
10"cm 2 và thời gian sống trung bình nầm trong khoảng 10'2 đến 10"’s.
1.2.2 Các thõng sổ và dãc trưng của quang trở.
Thõng thường, các quang trớ được sứ dụng với mạch dòng khòng đối và điên trờ tai Rn
mac nối tiếp. Trong mạch điện, quang trớ không khác gì các điện tro' khác trong mạch. Nó
không phu thuộc vào chiểu của thế ngoài đặt vào.
Thê cực đại dặt vào quang trờ được xác định bới thế đánh thúng lớp bán dản và độ lớn
của công suất khi có dòng điện chạy qua.
UJlM,|,lhu„ụ> UUIlJlll< HnjillL (11)
Trong dó p „ là còng suất cực đại
I là dòng chạy qua quang trớ.
Uj.mh Hum;, và PL1K J.„ được xác định bới kích thước cua quang trớ và phụ thuộc vào từng
loại quang trở. Cóng suất tiêu tán cực dai P llt của quang trở dược chọn sao cho tránh được
sư nung nóng quang trớ làm sai lệch các tính chất của nó. P ư J„ phụ thuộc vào vật liệu làm

Thông thường trong bán dản chí có một loại hạt tải nên
c . 3 f ( lóa)
/-
Do dó G - —— (16b)
I-
Trong bán dản người ta còn định nghĩa độ nhạv như tý sỏ của độ dẫn sáng trên độ dẫn
tôi. Đối với detector hồng ngoại, độ nhạy thường được định nghĩa nhờ độ lớn cấn đế cho tín
hiệu bằng tạp nội.
Các sai hỏng trong hán dẫn cũng có thế đóng góp vào độ nhạy cua quan2 trớ. Ví dụ
mọt so sai hỏng mans điện tích âm có thiết diện bắt các lỏ trống dược kích thích lớn. còn
thiết diện bai các điện tư được kích thích nhỏ. Các tâm nhạy này có the là các acceptor hu
trừ. Do sự có mặt cua những tâm này mà thời gian sống hiệu duns’ của các diện tứ được
kích thích quang sẽ lớn và có thế mỏi một photon được hấp thụ sẽ có nhiều điện tư đi qua
đươc các điên cực và sự khuếch đại quang dẫn có thế tới lơ4.
Giữa sự quang đẫn (hay dòng quang dẫn dưới tác dụns của thế đặt vào quang trở ) và
cường độ ánh sáng chiếu vào mẫu có ty lệ tuyến tính khi thời Sian son2 cua hạt tái khõna
phụ thuộc vào nóng độ tức là T không thay đổi với sự thay đổi c ườn Si độ sáng. Đay là trường
họp tái hợp tuyên tính với
ầơ - AEt - const.E (17)
Trường họp này xay ra đối với bán dẫn mà cườna độ tái hop ty lẽ bạc nhất với nóng độ
hạt lai khõnu cân bằng tức là khi cưòng độ ánh sáng nhỏ. nồng độ hạt tai lớn.
Ntiirợc lại. nếu độ dẫn tối nhỏ. cường độ chiếu sána lớn thì sụ quang dẫn tv lệ với cũn
bậc hai cua dòng sáng
Acx = -ÍE (18)
Trong trirờne hợp tổng quát, sự phụ thuộc phức tạp giữa ctònu quang dẫn và dòng ánh
sá na có dang
I = ( 'li (19)
]
1 roIIti dó <x<]
Sự phụ thuộc cua (18) co thế thay dổi khi nhiệt dò thay đòi.


—

-) (21)
ầ.ệ Aệ A<fi R R, Aệ R, (R, - AR
Trong đó I[ và R, là dòng tối và điện trớ tôi, AR = R| - R.
Độ nhạy của quang trở giảm khi tăng tần số biến điệu cúa ánh sáng vì quang trở có
quán tính cua nó. Ngoài ra độ nhạy cùa quang trớ cũng phu thuộc vào nhiệt độ. Đó là vì cúc
tính chất của quang trớ như độ dần phụ thuộc mạnh vào nhiệt đô.
Đế loại trù sự phụ thuộc của độ nhạy vào hiệu thế người ta sử dụng khái niệm độ nhay
tích phân riêng s
S - S V ^ (22)
Độ lớn của độ nhạy lích phân cua quang trớ có các kích thước I. h. đ (A = l.h, d là
chiều dày) sẽ dược tính như sau:
Aơ~ejL iBĩE — (23)
AỈ = Aơ.l' (24)
o _ J, cỉ
s - —— - eliB rl — (25)
A.E Ị-
.

A/ _ , . cllỉ
Kết qua là ——-cf.iBrl — (26)
Ta biết ràng hiệu suất của quang trở được đinh nghĩa như tỷ số cua sự thay đổi độ dẫn
. \o AR \R
trẽn dộ dan t ô i

hay ty sô cua điện trơ — . Nêu ta ký niêu — = ồ thì đỏi với ò nhỏ ( ò
rr, R R
;< 1 ) ta có

V = è!Ị.
ầệ
Nếu AR « R r thì ta có [2]
V = V
K v ND
hay
A V
c
AE
R,
AR
Nhưng
AR
(R J + R
1 Act
= -R
r Aộ
Aơ
Àệ
(30)
(31)
(32)
trong đó ơo là độ dẫn cân bằng.
Măt khác = —

là đỏ nhay tích phân riêng của quang dan khi khòng có tai do đó
A<Ị> A(Ị) V
Aơ
= S-
A (Ị)

điện.Đặc trung phổ của quang dẫn tap dịch chuyên \'ể phía sónu dài so với quan” dan riẽn” .
Nồng độ cua tap thường nho hon vài cap so với nồna độ nsiuyên tư chu do đó quaiiõ dan tap
14
cũng nhó hơn quang dẫn riẽng và thời gian sống
trong quá trình tái hợp trên tám tap luốn luôn
nhỏ hơn so với thời gian sống của tái hợp giữa
các vùng.
1.2.2.2. Tốc dỡ hướng ứng (quán tính cua
quang trở).
Nếu trong vật liệu làm quang trớ chí có các
tâm tái hợp thì thời gian cần để độ dẫn thay đổi
khi cường độ sáng thay đổi đươc xác định bới
thời gian sôngcủa hạt tải tự do. Trong thưc tế,
đặc biệt là khi cường độ kích thích nhó thì thời
gian đáp ứng có giá trị khác nhiểu so với thời
gian sống cùa hạt tải. Sờ dĩ như vậy là do hiệu
ứng
bây các hạt tải tự do. Quá trình này làm kéo dài thời gian tãng và giảm cùa tín hiệu quang
dẫn khi có sự tàng hoặc giam cường độ sáng. Nếu ánh sáng tác dụng có dang xung vuông
như hình vẽ 3 till tín hiệu quang dản có quán tính như hình b. Quá trình bảy đã làm tăng
thòi gian lãng tín hiệu (đường c) vì làm giám bớt các hạt tải tự do và như vậy cẩn một thời
gian dê thiết lập mật độ mới của hạt tái tự do và sự lấp đẩy mới của tâm bảy đế đạt dược
trạng thái dừng. Quá trình bảy cũng làm kéo dài thời gian giám vì các hạt tái bị bãt sẽ được
giái phóng chậm ra khỏi tâm khi sự kích thích đã kết thúc.
Đối với trường hợp kích thích yếu, mật độ các hạt tải bị bảy có thế lớn hơn so với mật
độ hạt tủi tự do và do đó thời gian giám thực tế là được quv định bởi thời gian giái phóns
hạt tái từ bẫy chứ không phải thời gian tái hợp (tức thời gian sống của hạt tải lự do).
Đối với trường hợp tái hợp luvên tính, như đã trình bày ớ trên, quang tro' cài!2 nhạy thi
quán tính càng lớn. Đối với trường hợp tái hợp bậc hai thì hàm cua quá trình tãnu và íinim
khác nhau đối với thời gian do đó sự tăng và giảm khòng đối xứng. Trone trường hợp này

các điện tử khõng những được giải phóng từ bẫy mà cả các lỗ trỏng cũng được giải phóng
từ các tám nhạy. Điều này dẫn tới sự giảm thời gian sống cua các điên tử được giải phóng
và do đó thời gian giám tín hiệu được rút ngắn.
Thời gian quán tính (tốc độ hường ứng)
là một thông số quan trọng đối với các qung
trở, đạc biệt là khi sử dụng làm các rơle.
Thời gian quán tính được xác định từ đãc
trưng tần số. Đó là đường cong phụ thuôc
của độ nhạy tín hiệu vào tần sỏ ánh sáng
kích thích. Từ đặc trưng tần số có thê xác
định được tần số giơi hạn tj,h ứng với độ
nhạy giám đi J 2 lán so với độ nhạy cực
đại. Khi đó thời gian quán tính cùa mẫu
được xác định nhờ tắn sỏ giới hạn
Hình 4. Đặc trưng tần số.
1.2.2.3 Tap nói
Tap gây nên trong quang tró' do nhiéu nguyên nhân nhưng những loai tạp quan trọng
nhất xuất hiện trong quang trớ gồm
1. Tạp Johnson: Tap này gây ra do chuyển động nhiệt của các hạt tái trong quang trớ.
Tạp thế bình phương <l'ff > qua diện trớ R| được biểu diễn qua hiếu thức
< I >= 4kTRj A/ (36)
Trong đó Af là độ rộng băng tần.
Tạp này luôn luôn tổn tại ngay cả khi không chiếu ánh sáng vào quang trớ. Ví dụ thè
tap 5nv cho điện trỏ' ỉkQ ờ nhiệt đỏ phòng và độ rộng băng tán 1Hz.
2. Tạp sinh huý: Tạp này gãy ra bới sự sinh hạt tai do nhiệt và sự tái hợp chúng. Tạp
sinh huỷ chi quan sát được nếu có dòns chạy qua quane trở.
3. Tạp 1 /ĩ: Tap l/f được sinh ra do ảmh hưởng cứa bề mặt quang trớ. Tạp nàv thường
đáng kế ớ vùng tán số thấp.
4. Tạp khuếch đại: Các dụng cụ khuếch đại tín hiệu cũna khuếch đại cả tap ở lối vào.
Điểu kiện cùa các máy khuếch đại là phải có tỷ số tap lối vào trên và lói ra phai xáp xỉ bằn2

a
tối là
<*0 = eM„" 0
hd
Độ dan sáng thêm vào
Hiệu suất cúa quang dần là
Aơ - e/.íNBĩE
hd
(37)
(38)
— — = — (39)
EA ơ 0 n„A
Hiệu suất lý lệ nghịch với diện tích chiếu sáng cua mẫu: A=l.h. Nếu hệ số hấp thu lớn
(ví dụ trong miên liáp ihụ riêng) và sự hấp thụ không đéu thì quang dẫn tống CỘI12 cua mẫu
có thế tìm bảng cách lấy tổng theo từng lớp. Quang dẫn cùa lóp có chiêu dày clx cách bẽ
mặt một khoáng X là
Độ dẫn tổng cộno
cìầơ = e/.inAn(k) — cỉx
(40)
Act = —eu
1
h
= — cuti tEB(ì - e " )
(41)
Đối với mau dày mà d » —
ơ.
h
TRliHG
L±Jj
Sơ =—eu.,BĩE

hổng ngoại nhưng cũng dùng nhiểu để ahi nhận bức xạ năng lượng cao.
Các photodiode được hoạt động hoặc dưới chế độ không có phân cực ngoài ( chế độ
quang áp) hoặc dươí chế độ phân cực ngược (chế độ quang dẫn). Vùng hoạt động của
photodiode là vùng nghèo cùa chuyến tiếp p-n hav diode Schottky.
ớ chế độ quang áp, diode hoạt động như một nguồn sinh dòng quang điện. Biểu thức
T() đi qua photodiode có dạngcho dòng
In = v/
= w - l „ - Ị
/ r h ÊỊ'
= !r w - 7«, [exp(ể V/ K T)~ 1J (45)
Trong đó !,, là dòng quang điện,RH là điện trớ tải mắc nối tiếp. Ipn!à dòng qua chuyển
liếp p-n, V là điện thế tác dụng lẽn diode. ỉ(l là dònạ bão hoà ớ thế ngược. Khi mạch đê hở
(R (I - cc ) Ihì I|, = Từ (45) ta có biếu thức cho thế hớ mạch, tức la suất diện động quang
của photodiode
KT
In 1 +
(46)
Khi mạch nối tắt ( R„ =oc ). thế rơi trên photodiode V-0 và dòng ngắn mạch là I|((. = Ip.
Đó là dòng của các hạt tải quang sinh ra khi diode được chiếu sáng.
ờ chế đô quang dần. chiều cao hàng rào thế cao hơn do đó dòng IPl, = I, tức là dòng qua
diode khi không chiếu sáng. Dòng qua diode được chiêu sáng sẽ là
ỉ p + A, ' I !■
(47)
Trên hình 6 là đặc trưng Von-Ampe ( I .V )
của photodiode. Theo biểu thức (45) ta thấy dòng
In là hàm sò cùa thế V tác dụng vào diode còn
dòng bức xạ <Ị> như là một tham số. Nhìn đồ thị (
hình 6 ) ta thây ngav ràng việc điều khiển quang
cho dòng qua photodiode chì thực hiện được khi
photodiode phàn cưc ngược ( ờ chế đô phân cực

ơ chế độ quang áp, đặc trưng năng lượng Ị I V
hoặc là đồ thị cua dòng ngắn mạch Ihoặc suất
tạp noạt ơọng nnu lam tai hợp.
ơ chế độ quang áp, đặc trưng năng lượne
hoặc là đồ thị cua dòng ngắn mạch Isc hoặc suất
điện động E|, = V|. phu thuộc vào dòng ánh sáng.
Khi (|> lớn, đổ thị ISI - <|> và v,„ - <ị) lệch khỏi dạng
dường thắng (hình 7). Đường I.J -(Ị) lệch khỏi
dường llũing chu yêu là do thê rơi trẽn điện trớ
khối rh cúa miến base (mien chiêu sáng) tăng với
sự tang dònu ánh sáng. Còn suất điện động ( thê
hớ mạch ) giam là do chiểu cao cua hàng rào thế
giảm vì vùng n và vùng p tích tụ các điện tích dư
cua điện tư và lỗ trống. Kết qua là diện trường cua
chuyển tiếp p-n phân chia điện tứ và lỗ trỏng kém
hiệu qua.hơn và sư tăng của suất điện độna với sự
lãng cường độ sáng chậm hơn.
Hình 7
i .3.2 Dặc trưng nhò
c ,
Dùng biếu thức \' - ỵ. trong đó c„ là vận tốc ánh sáns trona chân không ta có thè
định ngh ĩa độ nhạy phổ Sp phụ thuộc vào bước SÓI12 t. nhu sau
s = — :
1 k
<í>
q n /v -
hC
(50)
vể mặt lý thuyết thì theo o0 ) độ nhạy có dana đườns tháng cắt gốc tọa đồ (ả = 0).
Trong thực tế đổ thị không phái là đường thẳng và khóng cắt 2ốc. So dĩ nhu vậy la do sự tái

roo 1
ĩ on
I lìời
pÍHIÌ
Ifing
T
. -10 WM. ỉa 1 Ị
T, ■ - 1
T, -1 MOV, 0,30
Hình 8
10 ‘:0 50
ỈIỊ'£XCCHLÌ5 rmmaiuiĩĩ
Hình 9
2.4 Photodiode từ tiõp xúc Schottkv
Khác với diode chuyển tiếp p-n thông thường, các diode Schottky hoạt động với các hạt
tải đa số. Các diode này có hai lợi thế là:
1. Nó có thể hấp thụ photon với nãng lượng nhò hơn độ rộng vùng cấm (ớ phía kim
loại). Nếu năng lượng đó lớn hơn chiều cao hàng rào thế thì các điện tử được kích thích sẽ
có thể chuyển động qua hàn2 rào đến miền bán dẫn. Như vậy phổ năng lượng có thế lùi về
phía sóng dài.
2. Khi năng lượng cua photon tăng, vùng hấp thụ năm trong lớp điện tích kliòng gian
tạo điổu kiện cho việc phân chia điện tử và lỗ tròng. Với chuyển tiếp p-n thì khác, dòns
quang dẫn gán nhu' bằng không khi độ sâu của miền hấp thụ nhỏ .
Vói hai lợi thế trên, photodiod kim loại - bán dẫn có thể hướng úrm với khoána bước
sóng rộng hơn so với chuyến tiếp p-n cùng loại.
Ngoài ra, photodiode Schottky còn có lợi thê là vùng chiếu sáns có điện trơ nhòvà có
lóc độ nhanh. Các diode này còn có độ nhậv cao và dễ chế tan.
20
PHẦN II
THỰC NGHIỆM

đối giá trị bước sóng cùa máy đơn sắc một cách tuy ý. Tóc dộ quay của mỏ tơ được đặt phù
hợp với hàng sô thời gian cùa khuếch đại nhạy pha trong quá trình đo. Đẽ thực hiện các
chức năng trên, chúng tòi đã viết chươns trình bằng ngôn ngữ Pascal điều khiến máy tính.
Việc trao đổi giữa máy tính với hệ đo được thực hiện qua Card IEEE-488. Với hệ đo được
xày dựng . có thế xác định đặc trưng phổ. đặc trưng tần sô' của mẫu. Kết qua đo dược lưu lại
trong một flic sô liệu đổng thời máy tính sẽ vẽ luôn đổ thị trẽn màn hình tron2 quá trình đo.
Ưu điếm của chươne trình là có sứ dụne. phỏng tiếng việt trong Pascal và có hướns dẫn tý
mi nôn việc sử dụns rát thuận lợi. Trẽn hình 11 là một tron 2 những dao diện cua chương
trình. Chương trình soạn tháo được đưa ớ phần phu lục.
Máu đo đưực dật trong Dewar thạch anh. Dewar được thiết kê sao cho có thế săn trẽn aiá
dặt Irẽn ray quang học và có thế dĩ chuyên hằng ốc vi cấp đế điểu chinh ánh sán2 rơi trên
mẫu. Cập nhiệt điện đổng-consiantan dược sư dụng đế đo nhiệt dỏ mẫu và được nối với hộ
khống chè nhiệt độ tự lãp. Đế tàng nhiệt độ cua máu và khòníỉ ché nhiệt dỏ, một In nho
côns suàt 25\v được lãp vào nơi dặt mẩu.
Bộ điều biến ánh sáng được thực hiện nhờ cánh quạt due lỗ nuói băng mỏtơ điện mọt
chiều. Tán sỏ điều hiến có thể thay đối nhò chiết áp nối với neuồn nuôi. Bộ cánh dược thiết
kẽ bang máy tính và nguồn nuôi ổn áp tự lãp ổ định dòng vì vậy sai số do tán biến diệu nho
Hình 1 1. Dao diên của chương trình
2.2 Tao máu
2.2.1 Tao nu ang trờ
Từ vật liệu khối CdTe loại n có điện trớ suất khá caoí lOMCfQm )có sẩn, dùng dao
lách đê lấy manh đon tinh thể sau đó mài thành những hình khối có chiéu dày khoảne 0.5-
lmm để tạo quang trớ. Bé mặt quang trở được đánh bóng, ãn mòn bằng dung dịnh Br +
Methanol. Điên cực được tạo bans cách hàn Indium sau đó ủ nhiều giờ ở nhiệt độ khoáng
] 20"C . Điện cực được nói ra ngoài bơi dãy đồng nhỏ. Đế là bán cách điện.
Kích thước mẫu nằm trong khoảng I.5xl.5mm đến 5x6mm.
2.2.2 Tao photodiode
2.2.2. ] Tao diode từ chuvẽn tiếp p-n Si
* Các phiến chuyên liẽp p-n từ bán dẫn Silic có chiểu dầy khoáns 0.5mm với các cực tạo
sẩn được cưa cắt thành các mánh nhò vói kích thước khác nhau nằn trong khoann từ

gian
quán
tính
(ms)
Đõ nhạy
AR/k,
(100 lux)
10
Lux
50
Lux
100
Lux
500
Lux
1000
Lux
2100
Lux
4x2x1 0.21 13
0.1828 0.1724 0.1618
0.1403 0.1282 0,1161 1.9
0.23
2,5x2x0,5
401
162,2
48.2 25,59
7,57
4.52 2,58 5.8
0.93

nhò ( <1 lux ). nếu tăng cườnạ độ sáng lẽn khoana 2000 lux ( tươnti đươii” với việc chiêu
một bóng đèn CÕI12 suất vài clụic oát hội lu vào quan*: trò) thi hĩiniỉ so thoi tỉian có ihc iiiam
đi một cãp.
23
Vì từ trước tới nay, các quang trớ thường được chế tạo là từ các vật liệu bán dẫn CdS.
PbS, CdSe, InSb, CdHgTe, Ge, Si, chúng tôi chưa tìm thấy tài liệu cụ thế vể quang trớ từ
bán dẫn CdTe nẽn rất khó đánh giá kết quả. Tuy nhiên chúng tỏi chọn CdTe vì đây cũng là
bán dản nhạy quang, có hê số hấp thụ lớn và độ nhạy cực đại nằm trong miền hồng ngoại
gần nên việc tìm nguồn sáng trong việc sử dụng làm rơle quang cũng thuận lợi.
Đôi với CdTe chúng tôi nhận thấy nếu sử dụng quang trờ này làm nguồn ghi nhận bức
xạ, đặc biệt là những bức xạ có năng lượng nhỏ thì tốt nhất là có màng bảo vệ bề mặt vì
bề mật dề bị ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài như không khí, độ ẩm [5]. Tuy nhiên
nếu sử dụng làm rơle quang thì sự ảnh hường này không đáng kế
Ngoài ra chúng tói cũng bước đầu thử chế tạo quang trỏ' bằng phương pháp tao màng
17J. Các màng này cũng khá nhạy quang, tuy nhiên quán tính của chúng lớn hơn so với các
mẫu khối [12].
Tạp nội của các quang trớ được đo trên khuếch đại nhạy pha RS830 DSP. Kết quá cho
thấy tạp chủ yếu là l/f và khá lớn [6].
2.3.2 Các (hòng số và dăc trưng của photodiode.
Trên bảng 2 là một số thông số của các photodiode được tao từ chuyển tiếp p-n Si.
Điện trớ phân cực ngược thav đổi là do chiếu ánh sáng với cường độ 3000 lux. Thời gian
quán tính được đo ứ chế độ quang áp.
Kích thước bề
mặt mẫu (min)
Điện trớ phán cực ngược
Điện dung
pF
Thời gian
quán tính (ms)
Tối (KQ)

lOkQ
100 kQ
1M Q
2 MQ
Thời gian quán
linh (ms)
0.83ms
0.87 ms
! IĨ1S
1 .o.ĩiih
1
24
Trên hình 12 là đặc trưng phố cứa một photodiode từ p-n Si.
Để đánh giá độ nhạv cũng như quán tính của photodiode tự tạo. chúng tói đã so sánh
với kết quả đo một photodiode p-n Si sản xuất tại Trung Quốc trong cùng điều kiện như
nhau: kích thước, cường độ chiếu sáng, trở tải. Kết quả cho thấy độ nhạy cua mẫu Trung
Quốc lớn hơn nhưng độ chênh lệch không lớn. Trái lại, thời gian quán tính cua mẫu Trung
Quốc là 2,4ms còn Ihời gian quán tính của mẫu tự tạo là 0,87ms. Một số thông sỏ cùa các
photodiode làm từ tiếp xúc Au-CdTe được trình bày trẽn bảng 3. Điện trớ thay đổi với
cường độ chiếu sáng là 2000 lux. Trên báng 3 thấy rằng các
photodiode này nhạy hơn so với các photodiode làm từ chuyến tiếp p-n Si. Tuy nhiên thời
gian quán tính lại lớn hơn mặc dù điện dung lớp tiếp xúc nhỏ hơn rất nhiều. Sở dĩ như vậy
vì vật liệu CdTe loại n mà chúng tôi sứ dụng có độ bù trừ cao , tuy điện dung nho nhưng điện
p T h Q u a ng bán d ần - Kh o a v à t L ý - T r ư ờ n g ĐH K ho a H o c T ự N h i è n
EOD
D flc t r ư n g p h ò
F i l e s ố l i ê u : t ỉ i _ a l . q d n
K í c l ì t h U ô c n au ; 2 . 5x 3 .0 ran
*100.0 0 0 0 0 .0007
*100. 38% 0 .0 006

2.7
Đánh hóim 5x4
62 0,98
2,4 1.5
Đánh bóng
+ Ản mòn
7x6
109
1 1 6.6 2.3
Phim trong
chan không
Đánh bóng
+ Àn mòn
6x5
2.25
0.6S
s
2.?
Bàns 3. Một so thòng só cùa các photodiode tiếp xúc Au-CdTe