Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 12

Фотопроводимость.

Итак, генерация носителей заряда под действием света приводит к изменению электропроводности  п/п, которая при наличии неравновесных электронов  и дырок может быть записана в виде

,                                                (1)

где - концентрации равновесных электронов и дырок.

Избыточная (неравновесная) проводимость, равная разности проводимостей п/п при освещении  и в отсутствии освещения  представляет собой фотопроводимость :

.                                                    (2)

Естественно, что концентрация неосновных носителей и зависят от интенсивности и длительности освещения п/п.

Обозначим количество генерируемых носителей под действием света через  и . Очевидно, что  и  должны быть пропорциональны световой энергии, поглощаемой в единице объема п/п за единицу времени. Если интенсивность монохроматического освещения слоя толщиной dx равна I, а коэффициент поглощения вещества п/п равен , то количество световой энергии, поглощаемой в единицу времени в единице объема равно

.                                                                    (3)

Таким образом, количество генерируемых носителей  и  пропорционально величине . Для области собственного поглощения

.                                                             (4)

Коэффициент пропорциональности  называют коэффициэнтом квантового выхода, так как он определяет число пар носителей заряда (или число носителей заряда при примесной фотопроводимости), образуемых одним поглощенным квантом света, если интенсивность I измерять числом квантов в секунду. Обычно квантовый выход  не превышает единицы.

При непрерывном освещении п/п светом постоянной интенсивности устанавливается стационарное состояние, характеризующееся постоянной концентрацией неравновесных носителей  и . Найдем зависимость  и  от времени t и определим стационарные значения концентрации неравновесных носителей заряда, считая интенсивность света постоянной во всем объеме образца п/п.

Сразу же после начала освещения, по мере увеличения концентрации неравновесных носителей заряда, начинает нарастать процесс рекомбинации. Поскольку  скорость генерации неравновесных носителей остается постоянной при постоянной освещенности, то интенсивность рекомбинации скоро достигает интенсивности генерации и устанавливается стационарное значение неравновесной концентрации фотоносителей и  (см. рис.).