ＣＰＭ（Constant photocurrent method）について

タイトルの通り、
ＣＰＭ（Constant photocurrent method）を使用しています。

サンプルは、
カバーガラス上にプラズマＣＶＤ法で製膜した水素化アモルファスシリコンです。

膜厚は１ミクロン（１μｍ）です。


結論から申しますと、光電流の定義がわかりません。
要は、ＣＰＭの測定方法がわからないということに直結しますが。

これまで、
６００ｎｍ波長、７０Ｖを光電流としてきましたが、
これがどうやらおかしいみたいです。

測定は、６００ｎｍ～１４００ｎｍまで行い、
ランプの定格が１００Ｖなので、
こういった選定になったのか、、、

なんせ、過去の測定方法を見てもバラバラで、
ＣＰＭの測定方法など書かれたものがなく、

僕が知っている限りでは、
光電流は、波長と光源電圧で決まり、
暗電流を無視できるぐらい十分の値（暗電流の約１００倍）をとる
ということですが、

では、光電流というのは、
サンプルによって、波長、光源電圧が変わり、
長波長や短波長、電圧が高い、低いなどという概念に縛られなくてよいのでしょうか？

どなたかアドバイスよろしくお願いいたします。

No.1 回答者： paddler 回答日時： 2006/08/23 20:53

こういう所で質問されるのですから、当然ご自分で調べられるだけの

モノは調べた上で質問されているのだとご推察します。

なので、下記は当然調べられましたよね？

http://www.jsap.or.jp/ap/1994/ob6310/p631003.html

http://um.phys.konan-u.ac.jp/soturonnabst/2005/0 …

参考URL：http://www.jsap.or.jp/ap/1994/ob6310/p631003.html

No.2 回答者： Willyt 回答日時： 2006/08/23 21:35

ＣＰＭという文字を見つけて何事かとやって来ました。

MS-DOSの前に一世を風靡したのがＣＰＭというＯＳだったものですから・・・(^_^;)
ゴミレスで申訳ありませんm(_=_)m

No.3 ベストアンサー 回答者： leo-ultra 回答日時： 2006/08/23 23:02

光電流というのは、半導体に電圧をかけても暗いところにおいてあるとほとんど電流が流れません。

ところが光を当てると、電子正孔が発生し、電流が流れますよね。この流れる電流のことが「光電流」です。

だから「６００ｎｍ波長、７０Ｖを光電流としてきましたが」というのは、とてもおかしな表現です。

ＣＰＭとは光吸収係数の測定法の一種です。波長を変えると光の吸収の度合いも変わるので、光電流（光をあてることにより発生する電流）の大きさも変わります。

ＣＰＭでは波長を変えて仮に光電流が減った場合は、同じ光電流の値が得られるようにランプの光量を増やすようにフィードバックをかけます。光電流が増えたら光量を減らします。

このように光電流を一定にするようにして得られたランプの光量の波長依存性は、光吸収の大きな波長で光量が小さく、吸収の小さな波長で光量が大きくなります。なんか、ランプの光量の逆数が光吸収係数に比例してそうでしょう。

要するにこの方法では光吸収係数の相対値しか求まりません。

学生さんか、院生さんですか？
ここに書いた質問の内容を研究室の先生に見せて、詳しく教えてもらった方がいいかもしれません。授業料払っているのならば、聞かないと損です。

この回答への補足

みなさんどうもありがとうございます。

私の説明が悪かったです。
CPMは何度もやっているので測定方法も意義もわかっております。
相対値しか得られないということもわかっております。

600nm～1400nmの波長でCPM測定する場合、
光電流は波長いくら、光源電圧がいくらの時になりますでしょうか？

要するに、
長波長および短波長、
ランプが明るい、暗い、
それぞれどちらの時を光電流とするのでしょうか？

600nm～1400nmの波長の範囲では、
これまでの経験で、700nm付近で光電流が最大となります。

要するに、600nm～1400nmの波長の範囲では、
先に示した条件で製膜したサンプルは、100nA～500nAの光電流が流れます。
700nmでは、最大の500nAを示し、
600nmでは、最小の100nAを示します。

結局、この範囲の波長では、どの値の光電流を一定にしてCPM測定すればよいのでしょうか？
ちなみに電流が最大の700nmを一定光電流としてCPM測定すると、
620nm以下および、780nm以上でランプの定格100Vを超えるので測定できません（600nmから開始した場合）。

電流が最小の600nmを一定光電流としてCPM測定すると、
すべて測定できます。
しかし、本当ならば長波長側（エネルギーに換算すると、小さい側）で吸収係数が下がり、
ギャップ吸収がガウシャン近似ができるぐらい弧を描くはずなのに、
長波長になるほど、吸収係数が下がらないといけないのに上がってしまいます。
短波長側でも700nm以下から下がってしまいます。本当は上がっていくみたいなのですが。

これを指導教官に指摘されました。
測定方法が間違ってるのではないかとの指摘を受けました。

そのときに指導教官に教えてもらえていたらここで質問なんてしません。

私が知りたいのは、
一定にする光電流の選定です。
長波長のときなのか、短波長のときなのか、
また、ランプが明るいときなのか、暗いときなのか、

そんなのはどうでもいいから最大でも最小でもない中間の光電流（ここでいうと、300nA）を一定とするのか、
もう一度教えていただけないでしょうか？
どうぞよろしくお願いいたします。

補足日時：2006/08/24 00:03

No.4 回答者： leo-ultra 回答日時： 2006/08/24 03:01

それじゃ、前回の説明はまったく不要だったのですか。

こっちもそこそこ書くのに時間がかかったので、ちょっとショックです。

原理がわかっているのならば、
光電流が一番強いところで合わせても、それは頭がつかえるのは当然でしょう。

むしろ問題になるのは、吸収が弱くて光強度をいくら強くしても、それなりの光電流が出ない波長であわせなければならないことは原理を考えれば当然でしょう。

だから、ｘｘｘｘｎｍに合わせるのが正解だと思います。わかりますよね、これだけ書けば。
（ヒントはｘの数）。

また波長スキャンは長波長から短波長にやった方が無難です。そうしないと、キャリヤ寿命が異常に長い場合は変なことが起こります。

また、そもそもＣＰＭは励起強度の逆数が吸収係数になるとしていますが、必ずしも全ての場合にこの仮定が成立するか微妙です。

吸収スペクトルとずれてしまうこともあるはずです。

この回答への補足

どうもありがとうございます。
私の言い方、態度が不適切でした。申し訳ございません。

文面を見て、改めて理解したことがあるので、無駄に思わないで下さい。
大変感謝しております。

では、
1400nm、70Vのときの光電流を一定にとるのが正解なのでしょうか？

光源電圧が本当にわかりません。
明るくすればいいのか、暗くすればいいのか。。。

ちなみに、
1400nm、100Vのときの光電流を一定にして、600nmまでＣＰＭしたことがありますが、
600nm近くでランプの定格に達して全て測定できなかったです。

＞むしろ問題になるのは、吸収が弱くて光強度をいくら強くしても、それなりの光電流が出ない波長であわせなければならないことは原理を考えれば当然でしょう。

この文面から、1300nm～1100nm付近の光電流を一定にとるべきなのかとも思いました。
この付近の波長は、光電流が大きくもなく小さくもない値を示すからです。
昨日、当サンプルで、最大で500nA、最小で100nAを示すと言いましたが、
この付近では、250nA～300nAを示します。いずれにせよ、少し大きい光電流と言えましょうか。

それなりの光電流とおっしゃるのは、大きくなく小さくもなくという意味でしょうか？

だとしても、いずれにせよ光源電圧がわかりません。
70Vというのは、600nAの光電流を一定にとった場合、1400nAまで測ることを考慮しての数字です。
要するに、1400nAで100V近くまでいくからです。

このようにして、光源電圧は明るい、暗いに関係なく、
1400nA～600nAをカバーできる値にするということで、
明るくするとか、暗くするとかは決まっていないのでしょうか？

指導教官に言われたんです、
長波長でランプが暗いから測定結果がおかしいんじゃないかと。
長波長は欠陥密度に直結する部分なので。

確かに1300nm～1100nm付近では、
ランプが暗くなってしまいます。
けど、1300nm以上では、ランプはどんどん明るくなります。

だから、1300nm～1100nm付近でランプが明るくなるような光電流を一定にしたらいいのではないかとも思っています。
それで、私はランプの明るさにこだわってしまっているんです。
どうでしょうか？

こんな未熟者の私ですが、
またアドバイスいただけないでしょうか、
どうぞよろしくお願いします。

補足日時：2006/08/24 18:10

No.5 回答者： leo-ultra 回答日時： 2006/08/25 19:16

> 指導教官に言われたんです、

長波長でランプが暗いから測定結果がおかしいんじゃないかと。

単純に考えると、一番光電流が小さいはずの1400nmでランプの光量を最大にして、その時の光電流を一定にするようにして、1400nmから600nmの方向に測定するのがいいような気がしますが、実際には違うみたいですね。

よく学生さんで実験が理論的な予想通りにいかないと投げ出してしまう人がいます。本当は予想通りに行かなかった場合こそ喜ぶべきなのです！

ひょっとしたら、未だよく知られていない大発見があるかもしれないからです。

考えながら、いろいろ試してみることを薦めます。それこそが研究なのですから。

ヒント：こういうのもありかもしれませんよ。
まずある光電流に設定して、1400から例えば900nmまで測定する。その後今度は別の光電流に設定して、
1000nmから600nmまで測定する。

1000から900nmのデータが重なるように２つのスペクトルをつなげれば、全体のスペクトルが得られる。全領域を同一の光電流で測定困難ならば、重なりをつくっておいて分割すればいいのでは？

この回答への補足

何度もありがとうございます。

やはり、波長１４００ｎｍ、光源電圧１００Ｖ
のときの光電流を一定にするのが正解だったんですね。

ちなみに、チョッパーを２００Ｈｚに設定してます。
今までチョッパーの周波数なんて気にもしていませんでしたが、
そもそもなぜ２００Ｈｚにしているかもわからないです。
わかりますでしょうか？

ＣＰＭというのは測定中にまさかチョッパーを変えたりしませんよね？
なにせ、ＣＰＭの測定方法が明記された文献がないので。

あと、前回おっやられた、
＞むしろ問題になるのは、吸収が弱くて光強度をいくら強くしても、それなりの光電流が出ない波長であわせなければならないことは原理を考えれば当然でしょう。

とありましたが、
光強度とは何を示すのでしょうか？
ロックインアンプの出力電圧のことでしょうか？
ランプの明るさでしょうか？

またよろしくお願いします。

補足日時：2006/08/26 02:37

No.6 回答者： nzw 回答日時： 2006/08/26 14:51

以前とは別の実験条件で測定を行い、今度は予想とあう実験結果が得られたとして、あなたは前回の測定結果が予想と反したものとなった理由を答えられますか？

もし、私があなたの指導教官であるならば、必ずこの質問をし、どんな推論でもいいから、あなたが何か答えられるまで新しい測定結果も信用しません。なぜなら、あなたの予想とあうというだけでは、今回の結果が正しい測定で、前回の結果が間違った測定であるとは判断できないからです。

実験が予想と異なる場合、主に以下の3つの理由が考えられます。

1)実験装置、ないしは実験手順に不備がある
2)実験装置の限界
3)予想とは異なった現象が生じている

このうち、1を確実に排除しなければならないのは、わかりますね？また、2は装置の改良が容易でない場合、仕方ないものですが、1ではないということをきちんと説明できなければなりません。

１の確実な排除のためには、実験の原理と実験装置を十分理解しておく必要があります。あなたは「CPMは何度もやっているので測定方法も意義もわかっております。」と主張しておられますが、原理と装置に対する理解が不十分であるのは、明らかです。

　あなたの実験装置は、研究室の先輩が自作されたものじゃないかと思いますが、たとえばあなたは自分でCPM装置の設計・作成ができますか？装置の構成要素が何で、それぞれ要素の特性が測定限界・精度に与える影響を予測できますか？CPM装置そのものについて詳しく書かれた教科書など見つけるのは非常に困難でしょうが、各構成要素は他の実験装置と共通するものがほとんどで、何らかの参考文献を簡単に見つけられるでしょう。たとえば、ロックインアンプについてなど、物理実験法のいろいろな教科書に記載されているはずです。

これらができるようになったら、実際の装置で確かめることができるはずです。個々の構成要素の特性の把握は、それぞれ別の実験で行うのが普通です。たとえばランプの特性などは、分光器とパワーメーターなどで確認しておくべきでしょう。また、装置から取り外して確認できない場合は、特性が良くわかっているサンプルの測定で代用するのも一つの方法です。

なお、強い光を用いるべきか、弱い光を用いるべきか、という問題については、もちろん装置の限界（どこまで光源強度の可変範囲、測定器のS/N等）を考慮する必要がありますが、異なる光強度ではサンプル内で生じている物理現象が異なる可能性があるということは考慮しておくべきです。光照射が電流に変換されるまでには、サンプル内部で非常に多くの過程が、連鎖ないしは競合して生じています。これら各過程の光強度依存性が、線形でない可能性は十分あります。
本来、このことについては、各過程について学習し、予測を立てるべきですが、それがすぐにできないというのであれば、最低限、素性・特性の良くわかっていて、本来はかりたいものに近いサンプルで、光強度を変えて色々測定してみるべきです。

この回答へのお礼

ご指導ありがとうございます。
お返事が遅れてしまい申し訳ございません。
おかげさまで現在はCPMに関しての学習が深まりました。

お礼日時：2006/10/07 22:02