Спектральная зависимость фоточувствительности

Спектральная зависимость фоточувствительности определяется спектральной зависимостью скорости генерации примесных (см. формулы (16), (17)) или собственных (см. формулу (18)) носителей заряда и теснейшим образом связана со спектром поглощения полупроводника.

В области собственного поглощения (рис. 3.7, а; кривая 1) коэффициент поглощения K достигает очень больших значений (10⁴ — 10⁶ см^–1). Это означает, что свет практически полностью поглощается на глубине 10^–4 — 10^–6 см. В этой области поглощения и соответственно фотопроводимости (собственной) красная граница фоточувствительности (рис. 3.7, б; кривая 4) совпадает с границей собственного поглощения (кривая 1). Однако по мере увеличения коэффициента поглощения с ростом энергии фотонов фоточувствительность сначала достигает максимума, а затем быстро уменьшается (синяя граница собственной фотопроводимости) — кривая 4, несмотря на то что коэффициент поглощения света в этой области велик. Этот факт объясняется тем, что вследствие сильного поглощения света скорость генерации резко уменьшается по мере прохождения света вглубь вещества, так как почти весь свет поглощается в поверхностном слое полупроводника. При этом скорость рекомбинации фотоносителей увеличивается за счет поверхностной рекомбинации и большой концентрации фотоносителей (см. формулу (31)), а время жизни носителей резко уменьшается. Кроме того, подвижности носителей препятствуют многочисленные дефекты приповерх­ностного слоя. Все это ведет к уменьшению фотопроводимости и фоточувствительности.

В области примесного поглощения (рис. 3.7, кривые 2), в которой поглощение сравнительно мало и обусловлено наличием примесей (а, б, в, г) и свободных носителей (3), спектральное распределение фоточувствительности (рис. 3.7, кривые 5, 6) обычно совпадает с широкой полосой поглощения, соответствующей переходу электронов с примесных уровней в зоны проводимости или из валентной зоны на примесные уровни. Длинноволновая граница примесного поглощения и фоточувствительности сдвинута в длинноволновую сторону спектра поглощения по отношению к собственному поглощению фото­чувствительности, так как энергия ионизации примеси меньше, чем ширина запрещенной зоны. Примесная фотопроводимость обычно значительно меньше собственной (концентрация примеси на много порядков меньше концентрации атомов основного вещества).

Влияние температуры на фоточувствительность

Во многих полупроводниках фоточувствительность и фототок по существу не зависят от температуры на довольно большом интервале температур, если имеется равномерное распределение ловушек по энергиям. Однако у некоторых наиболее фоточувствительных полупроводников, например у сернистого кадмия, наблюдается уменьшение фоточувствительности с увеличением температуры вследствие увеличения темновой проводимости и вероятности рекомбинации. Кроме того, сечение захвата и время жизни (см. формулу (9)) также изменяются с температурой.

При высоких температурах может быть достаточно эффективной и двухступенчатая ионизация — электрон переводится светом в возбужденное состояние на примесном центре, а затем тепловым движением перебрасывается в зону проводимости. При этом появляется дополнительная область фоточувствительности. По этой же причине может наблюдаться в области высоких температур фотопроводимость в области экситонного поглощения. Температура влияет и на длинноволновую (красную) границу фотопроводимости, причем у одних полупроводников она смещается при понижении температуры вправо, у других — влево. Этот факт объясняется тем, что с понижением температуры ширина запрещенной зоны у одних полупроводников уменьшается, у других — увеличивается. Фотоэлектрический полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании фоторезистивного эффекта (фотопроводимости), называется фотосопротивлением или фоторезистором. Фоторезисторы представляют собой полупроводниковые пластинки или пленки, нанесенные на изоляционную подложку. На полупроводниковый слой накладывают электроды и всю систему закрепляют в специальном патроне.

Промышленные типы фоторезисторов, чувствительные к видимому свету, выпускаются на основе сернистого и селенистого кадмия (ФС-К и ФС-Д). Фоторезисторы, чувствительные к инфракрасной области спектра, — на основе сернистого и селенистого свинца (ФС-А и ФС-4). Фоторезисторы для рентгеновского и гамма-излучения выпускаются на основе сернистого и селенистого кадмия (РГД и ГД).