Попробуйте самостоятельно (качественно) нарисовать изгиб зон вблизи поверхности. Также качественно нарисуйте уровень вакуума в зависимости от расстояния от поверхности полупроводника (не забудьте про краевые эффекты в случае образца конечных размеров).
Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость.
Нам уже известно, что при поглощении фотона с энергией больше чем край фундаментального поглощения, в полупроводнике рождаются свободные электрон и дырка. Таким образом, концентрация свободных носителей в полупроводнике становится больше, и его сопротивление уменьшается. Разница между проводимостью неосвещённого полупроводника (темновая проводимость) и проводимостью освещённого полупроводника называется фотопроводимостью. Если толщина полупроводника много больше обратного коэффициента поглощения, то практически каждый прошедший через границу воздух/полупроводник фотон рождает электрон-дырочную пару. В таком случае, говорят, что внутренний квантовый выход равен единице. На самом деле, вероятность поглощения такого фотона без рождения электрона и дырки (а возбудив, например, несколько десятков фононов) практически равна нулю. Свет увеличивает концентрацию электронов и дырок, но с ростом их концентрации увеличивается и вероятность их рекомбинации. Поэтому, при стационарном освещении установится стационарная фотопроводимость
Рассмотрим переходный, нестационарный процесс генерации светом свободных носителей заряда. Темп генерации фотоэлектронов равен:
7.31
где b - квантовый выход, a- коэффициент поглощения, I - интенсивность падающего света. Тогда:
, где Dn – концентрация избыточных (по сравнению с темновой
концентрацией n)
носителей заряда, t -
время жизни свободных носителей заряда. Если Dn<<n, то время жизни не зависит
от концентрации избыточных носителей заряда, и:
7.32
Концентрация избыточных фотоэлектронов будет экспоненциально приближаться к стационарной. Аналогично происходит релаксация (спад) фотопроводимости. По измерению времени спада фотопроводимости судят о времени жизни неравновесных носителей заряда.
Понятие о квази-уровне Ферми. Так как время термализации «горячих» носителей заряда, рожденных фотонами, обычно составляет обычно 10-10-10-12 секунды, а время жизни неравновесных носителей заряда может достигать десятков миллисекунд, то концентрация неравновесных (рожденные светом) электронов и дырок может вносить существенный вклад в общую концентрацию носителей заряда. При стационарном освещении их энергетическое распределение будет характеризоваться двумя квази-уровнями Ферми – для электронов и для дырок.
Фотосопротивление (фоторезистор).
Ещё в 1873 г. лондонский инженер У.Смит с помощником А.Меем обнаружили, что при освещении меняется сопротивление изоляции телеграфного кабеля из селена. Уже в 1875 году на основе этого эффекта Вернер фон Сименс изобрел фотомер. Это был первый полупроводниковый прибор, который чувствовал слабый свет от Луны, и применялся фотографами для измерения освещённости (чтобы правильно подобрать время экспозиции). Интересно, что селен был назван в честь луны – Селены в 1817 году шведским химиком Я.Берцеллиусом. В книге 1.4 (страница 49) приведено описание первого в истории сеанса опто-электрической передачи информации с помощью созданного в 1978 году Александром Беллом устройства – фотофона.
Рассмотрим спектральную зависимость фотопроводимости. Как вы уже можете догадаться красная граница фотооклика определяется краем фундаментального поглощения (сравните преимущества болометров и фотосопротивлений). Синяя граница определяется тем, что коэффициент поглощения становится очень велик, фотоны поглощаются в основном вблизи границы, где существенна их поверхностная рекомбинация. Играет также роль то, что с ростом поглощения, растёт и коэффициент отражения. Спектральная чувствительность фотопроводимости некоторых полупроводников приведена на странице 203 в книге [1.3]. Применяются также фотосопротивления работающие с использованием механизма примесного поглощения (обычно для регистрации сигналов дальнего ИК диапазона).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.