Зависимость теплопроводности и температуропроводности от концентрации примеси (сурьмы)

Исследованы кристаллы германия «-типа с концентрациями примеси 6-Ю¹³, 1.3∙10^l4, 1.7∙10¹⁴, 3.7∙10¹⁴и 6-Ю¹⁴ см'³ (что соответствует удельному сопротивлению 30, 15, 7.5, 4 и 2.5 Ом-см).

На рис. 4.12 представлен пироотклик TL, регистрируемый с использованием аналого-цифрового преобразователя при прохождении температурной волны через образцы кристаллов германия с разной концентрацией примеси.

Рис. 4.12. Пироотклик кристалла TL, при прохождении температурной волны через образец кристалла германия с удельным сопротивлением 30 (кривая 1),

15 (кривая 2), 7.5 (кривая 3), 4 (кривая 4) и 2.5 (кривая 5) Ом-см. Частота модуляции теплового потока/= 0.1 Hz

Рис. 4.13. Экспериментальные (1) и расчетные (2) формы пироотклика TL₅ при прохождении температурной волны через образцы германия с удельным сопротивлением 30 (а), 15 (б), 7.5 (в), 4 (г) и 2.5 (д) Ом-см.

Поскольку величина пироэлектрического тока прямо пропорциональна изменению температуры сегнетоэлектрика, а в случае модулированного изменения температуры - плотности теплового потока, нагревающего поверхность образца, то наблюдаемое различие в величине и форме пироотклика можно объяснить различием коэффициентов теплопроводности

и температуропроводности образцов германия с разной концентрацией примеси сурьмы.

Для количественной оценки значений тепловых характеристик было проведено сравнение экспериментальных форм пирооткликов с расчетными (рис.

Значения теплофизических характеристик, при которых расчетные формы пироотклика совпали с экспериментально наблюдаемыми, приведены в таблице 4.11. Как можно видеть из представленных результатов, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности монокристаллов германия /7-типа уменьшаются с ростом концентрации примеси сурьмы (рис. 4.14).

Таблица 4.11. Теплофизические характеристики германия н-типа кристаллографической ориентации [111]

Наблюдаемую в эксперименте зависимость теплопроводности германия //-типа от концентрации примеси можно объяснить следующим образом. При нагреве поверхности твердого тела модулированным тепловым потоком, в образце существует градиент температуры [251], направленный от освещаемой поверхности к тыльной (которая в условиях нашего эксперимента расположена непосредственно на TL). В связи с этим в образце Ge должно возникнуть тепловой движение неосновных носителей заряда (в данном случае электронов), направленное в противоположную сторону (навстречу распространению в образце температурной волны). Данный факт

и может служить причиной наблюдаемого уменьшения теплопроводности и температуропроводности образцов с большей концентрацией примеси.

Рис. 4.14. Зависимость теплопроводности (а) и температуропроводности (б) монокристаллов германия п - типа от концентрации примеси сурьмы

4.5.