49 Фотоэлектрические явления в полупроводниках.

Фотопроводимость полупроводников.

Как мы уже знаем, проводимость полупроводника может быть записана как

, т.е. увеличивается с увеличением концентрации носителей заряда.

Если полупроводник облучать оптическим излучением, то в этом случае происходит генерация носителей заряда. Общую проводимость в таком случае в таком случае можно записать , где - тепловая проводимость (без облучения фотонами), - фотопроводимость()обусловлена дополнительными носителями). Можно записать:

,

или

Таким образом, электропроводность полупроводника, обусловленная возбуждением неравновесных носителей заряда под действием оптического излучения, называется фотопроводимостью.

При оптическом облучении могут возникать биполярные (I) или монополярные (II) носители заряда. Другими словами, можно разделить собственную фотопроводимость и примесную фотопроводимость. Собственная фотопроводимость возникает в спектральном диапазоне .

Собственному поглощению (1) соответствует собственная фотопроводимость. По-

роги этих кривых совпадают. Этот порог – красная граница фотопроводимости или

фотоэффекта.

Фототок собств.проводимости имеет максимум, так как при больших уровнях α

основная часть фотонов поглощается в приповерхностной области, в которой из-за

поверхностной рекомбинации их время жизни очень мало.

Поскольку пик фотопроводимости определяется в основном (или , ), то можно изготавливать фотодетекторы, настроенные на различные спектральные области (от ИК до УФ – в зависимости от используемого полупроводника ( )). Чем можно характеризовать фотоприемник?

Отнесем фотопроводимость к интенсивности падающего оптического излучения; эту величину назовем фоточувствительностью.

Фоточувствительность – это фотопроводимость, отнесенная к единице интенсивности излучения, генерирующего фотоносители, т. е.

Фоточувствительность – это параметр, который указывает пригодность материала для его использования в технике (фотодетекторы и т. д.)

Фоточувствительность определяется исключительно свойствами полупроводника ( , скорости

объемной и поверхностной рекомбинации, времени жизни неосновных носителей , диффузионная длина носителей и т. д.).

ЭДС в полупроводниках.

Если в полупроводнике имеется внутреннее электрическое поле (например, поле p-n перехода), то фотоэлектроны и фотодырки будут пространственно разделяться, в результате чего появится фото-ЭДС.

1) Неоднородное легирование полупроводника

В результате неоднородного легирования появляется градиент носителей заряда. Это приводит к их диффузии, которая происходит до момента времени, когда поле объемного заряда не уравновесит диффузионный поток. Если сейчас происходит генерация электронно-дырочной пары, то она будет разделяться электрическим полем. В результате на торцах полупроводника появится разность потенциалов, а следовательно, и ЭДС.

Неоднородное облучение фотонами

Если фотон поглощаются в тонком приповерхностном слое, то на глубине возникает градиент носителей зарядов. Происходит их разделение и возникает ЭДС на кристалле между частями, освещенными по-разному (или на глубине). Разделение происходит, поскольку эпф? Электронов и дырок неодинакова: , , , - различен.

Возможны различные комбинации неоднородности освещения и легирования. Одна из разновидностей – преобразование солнечной энергии в электрическую. Более подробно это будет рассмотрено позже.