熱活化能量測

接下來，我們就可以進行不同溫度下的電導率量測，來求出晶體淺能階熱之活化 能 E^a，而得到晶體的能階位置。此時我們將晶體放入一個烤箱中，並藉著溫度控制器 來控制晶體樣品的溫度。另一方面，為了避免在高溫時因為載子大量被激發躍遷至傳 導帶後所產生的大電流會對晶體造成損害，所以在量測時將提供的電壓偏壓減小，在 實驗中我們選擇為 250 伏特。然後，我們在未照光的情形下，從室溫開始量測晶體樣 品之電阻值，接著以每 10⁰C 的間隔改變溫度並量測不同溫度下晶體樣品的電阻值。再 由公式計算出不同溫度下樣品的電導率σ，然後取其對數(-lnσ)並作出其與溫度倒數 (1/T)的關係圖，實驗結果如圖 2.10~2.14 所示，我們以五張圖分別表示未摻雜的矽酸 鉍晶體及釕、鈷、鈷及鋁共同摻雜及鋨元素摻雜的矽酸鉍晶體其電導率的負對數對溫 度倒數作圖。以電腦擬合圖中曲線的斜率，再以此斜率乘上波茲曼常數，我們即可得 各個樣品的熱活化能 E^a。晶體在低溫下由於熱激發的能量不夠，因此可被激發的載子 太少，這使得我們的實驗在低溫下的行為和理論不太相符，因此我們在做曲線擬合時 只選擇高溫區呈線性的部分，因此選擇 120⁰C 到 230⁰C 的實驗結果，將這部分的結果整 理如下表：

晶體樣品 熱活化能 E^a(eV)

矽酸鉍晶體 1.003

釕元素摻雜之矽酸鉍晶體 0.855 鋨元素摻雜之矽酸鉍晶體 0.645 鈷元素摻雜之矽酸鉍晶體 0.953 鈷及鋁元素共同摻雜之矽酸鉍晶體 0.896

從上表中我們看到未摻雜的矽酸鉍晶體其熱活化能最大，其值為 1.003eV，其次 為鈷及鋁元素共同摻雜元素摻雜的晶體 0.953eV，接著是鈷元素摻雜的晶體 0.896eV、

表 2.4 各種不同元素摻雜之矽酸鉍晶體的熱活化能值

而釕元素摻雜的晶體的熱活化能則較小，只有 0.855eV，至於鋨元素摻雜的晶體更小 到只有0.645eV，我們知道熱活化能的位置會影響記錄光柵的暗衰減速度，熱活化能越 小時，表示淺能階的位置越靠近傳導帶，因此在此能階上的電子越容易被激發至傳導 帶，也因此其暗衰減的速率就越快，這一點我們可以在後面的繞射效率對時間變化的 量測實驗中來做一個驗證。

0.002100.002150.002200.002250.002300.002350.002400.002450.002500.00255 6

7 8 9 10 11

-ln(L/AR)

1/T(K^-1)

圖 2.10 矽酸鉍晶體熱活化能量測關係圖

0.0020 0.0022 0.0024 0.0026 0.0028 0.0030 0.0032 0.0034 18

19 20 21 22 23 24 25 26 27

-ln(L/AR)

1/T(K^-1)

圖 2.11 鋨元素摻雜的矽酸鉍晶體熱活化能量測關係圖

0.0019 0.0020 0.0021 0.0022 0.0023 0.0024 0.0025

28 29 30 31 32 33 34

-ln(L/AR)

1/T(K^-1)

圖 2.12 鈷及鋁元素共同摻雜的矽酸鉍晶體熱活化能量測關係圖

0.0021 0.0022 0.0023 0.0024 0.0025 0.0026 0.0027 0

1 2 3 4 5 6

-ln(L/AR)

1/T(K^-1)

圖 2.13 釕元素摻雜的矽酸鉍晶體熱活化能量測關係圖

0.0020 0.0021 0.0022 0.0023 0.0024 0.0025

29 30 31 32 33 34

-ln(L/AR)

1/T(K^-1)

圖 2.14 鈷元素摻雜的矽酸鉍晶體熱活化能量測關係圖