Протокол лабораторної роботи №5 дослідження фотопровідності напівпровідникових матеріалів Дюрик Василь
Мета роботи: загальне ознайомлення з методикою дослідження
фотоелектричних властивостей напівпровідників і вимірюванні спектральної залежності фотопровідності і люксамперних характеристик напівпровідникових з'єднань типу сульфід кадмія.
В роботі висвітлені основні положення теорії внутрішнього фотоефекту, проведений аналіз стаціонарної фотопровідності і релаксації фотопровідності при однорідній генерації носіїв в зразку в відсутності і при наявності поверхневої рекомбінації , а також розглянуто вплив на фотопровідність явища дифузії при неоднорідній генерації носіїв заряду.
Внутрішній фотоефект
Внутрішній фотоефект - це процес внутрішньої іонізації під впливом світла, що приводить до утворення додаткових, нерівноважних носіїв заряду. Додаткову провідність, зумовлену внутрішнім фотоефектом, називають фотопровідністю.
При внутрішньому фотоефекті первинним процесом являється поглинання фотона з енергією, достатньою для збудження електрона в зону провідності(переходи 1 і 2 мал.1) або на локальні рівні енергії(перехід 3,мал.1) розміщені в заборонній зоні напівпровідника. Перехід 1 приводить до утворення пари електрон -дірка, тоді в результаті переходів 2 і З утворяться носії тільки одного знаку.
Якщо оптичне збудження електронів проходить із валентної зони в зону провідності, тоді спостерігається власна фотопровідність, яку утворюють носії обох знаків. При цьому, енергія фотона Ь повинна бути не менше ширини забороненої зони напівпровідника ( hν ≥ ∆E).
Для кристалічної решітки справедливий закон збереження повного хвильового числа к,що відповідає прямим і непрямим переходам. Якщо перехід електрона здійснюється при взаємодії фотона і електрона, то має місце прямий (вертикальний) оптичний перехід (перехід 1, мал.2). Але в кристалічній решітці значну імовірність має і більш складний процес: взаємодії фотона, електрона і фотона (кванта коливань кристалічної решітки). В результаті такої взаємодії електрон приймає в основному енергію фотона і змінює своє хвильове число за рахунок фотона (перехід 2 мал.2). Такі переходи називають непрямими (невертикальними) оптичними переходами.
При наявності складної енергетичної зони прямим оптичним переходам може відповідати енергія, більша, чим енергія термічних переходів. Оскільки
імовірність непрямих оптичних переходів менше імовірності прямих переходів, то в спектрах поглинання енергії фотонів, що відповідають прямим переходам, повинно спостерігатись більш або менш різке зростання поглинання і, відповідно, фотопровідності.
Власна смуга поглинання, завжди має чітко виражену довгохвильову границю, в принципі може мати і короткохвильову. Але в багатьох випадках зона провідності перекривається вище лежачими дозволеними зонами, утворюючи суцільний спектр. Тому спектр поглинання і спектральна залежність внутрішнього фотоефекта пролягає далеко в короткохвильову область. Разом з тим при великих енергіях фотонів (hν ≥ 2∆E) фотонів перехід електрона в зону провідності може супроводжуватися ефектом ударної іонізації, що приводить до звільнення декілька електронів і дірок. Таким чином, теорія внутрішнього фотоефекта зводиться до теорії поглинання лише в деякій області спектра близько довгохвильового краю смуги поглинання.