1 Э.Д.С., возникающая в полупроводнике при его освещении

Если однородный полупроводник осветить сильно поглощаемым светом, то в его поверхностном слое, где происходит поглощение света, возникнет избыточная концентрация электронов и дырок, которые будут диффундировать в глубь полупроводника (рис.4.6).

Рис.4.6. Возникновение э.д.с. в полупроводнике при его освещении

Коэффициент диффузии электронов обычно значительно больше коэффициента диффузии дырок. Поэтому при диффузии электроны опережают дырки, происходит некоторое разделение зарядов — поверхность полупроводника приобретает положительный заряд по сравнению с объемом.

Таким образом, в полупроводнике при его освещении возникает электрическое поле или э.д.с., которую иногда называют э.д.с. Дембера.

Величина напряженности электрического поля, возникающего в полупроводнике при его освещении, с учетом того, что в установившемся состо­янии тока через полупроводник нет, определяется равенством

0 = qnμ_nE + qD_n ^.grad n - qpμ_pЕ – qD_p ^.grad p. (4.5)

D – коэффициент диффузии;

 - подвижность носителей заряда.

Если же считать, что grad n ≈ grad р, то

(4.6)

т. е. напряженность электрического поля пропорциональна возни­кающему при освещении полупроводника градиенту концентрации носителей заряда.

1.1 Воздействие света на p-n-переход

Электронно-дырочные пары, генерируемые в полупроводнике квантами света, разделяются электрическим полем электронно-дырочного перехода. В результате на омических контактах такого p-n-перехода в разомкнутом состоянии при освещении перехода появляется э.д.с. Если замкнуть внешнюю цепь, то в ней будет протекать электрический ток. Следовательно, электронно-дырочный переход может исполнять роль фотоэлемента, преобразующего световую энергию в электрическую.

Полупроводниковый фотоэлемент — это полупроводниковый прибор с выпрям­ляющим электрическим переходом, предназначенный для непосредствен­ного преобразования световой энергии в электрическую.

Рис.4.7. Разделение возбужденных светом носителей

под действием поля p-n-перехода

Фотоны, воздействуя на n-p-переход и прилегающие к нему области, вызывают генерацию пар носителей заряда. Возникшие в n- и p-областях электроны и дырки диффундируют к переходу, и если они не успели рекомбинировать, то попадают под действие внутреннего электрического поля, имеющегося в переходе. Это поле также действует и на носители заряда, возникающие в самом переходе. Поле разделяет электроны и дырки.

Для неосновных носителей, например, для электронов, возникших в р-области, поле перехода является ускоряющим.

Оно перебрасывает электроны в n-область. Аналогично дырки перебрасываются полем из n-области в p-область.

А для основных носителей, например, дырок в р- области, поле перехода является тормозящим, и эти носители остаются в своей области, т. е. дырки остаются в р-области, а электроны - в n-области (рис. 4.7).

В результате такого процесса в n- и p-областях накапливаются избыточные основные носители, т. е. создаются соответственно заряды электронов и дырок и возникает разность потенциалов, которую называют фото-ЭДС (Е_ф). С увеличением светового потока фото-ЭДС растет по нелинейному закону (рис.4.8).

Рис.4.8. Зависимость фото-ЭДС от светового потока

Значение ЭДС может достигать нескольких десятых долей вольта. При подлючении к p-n-переходу нагрузки в цепи возникает фототок I_ф, равный Е_ф/(R_н+R_i), где R_i - внутреннее сопротивление самого фотоэлемента.