Модель: фотопровідний ефект
Провідність провідника: |
σ = e en + pp |
|
e – заряд електрона |
|
|
|
||
e – рухливістьі |
електронівів [m2/Vs] |
|
p – рухливістьі |
дірокі [m2/Vs] |
|
n – концентраціяія електронівів [/m3]p – концентраціяія дірокі [/m3]
σ - провідністьі і
Провідність залежить від
температури, оскільки від неї
залежать рухливість та концентрація дірок та електронів
Фотопровідний ефект
Зміна провідності та зміна вихідного стріму є мірою інтенсивності випроміювання
Цей ефект найкраще видимий в напівпровідниках, оскільки ширина забороненої зони відносно мала
Присутній цей ефект і в ізоляторах, проте там він менш виражений через широку заборонену смугу
У провідників електрони рухливі самі по собі, тому
фотони не спичинятимуть особливого збільшенняі
струму
Напівпровідники, таким чином, є найкращим вибором для давачів при фотопровідному ефекті,
тоді як провідники – при фотоелектричному
Фотопровідний ефект
Провідність залежить від заряду,
рухдивості електронів та дірок, а також їх
концентрації
В умовах відсутності світла, матеріал демонструє так звану “темну” провідність,
або власну, незалежну провідність
В залежності від матеріалу, опір пристрою може бути дуже високим - кілька M чи к .
Коли давач освітлений, опір матеріалу починає змінюватися в залежності від концентрації носіїв заряду
Фотопровідний ефект
Носії заряду генеруються з певною |
σ = e e n + p p |
інтенсивністю |
|
|
Вони також рекомбінуються з інтенсивністю, що залежить від матеріалу, довжини хвилі, тривалості життя носія і т.д.
Генерація та рекомбінація
відбуваються постійно та одночасно
Отримується стабільний стан, при якому процеси рівнозначні
В цих умовах зміна провіжності буже такою: ( p, n – тривалість життя, f –
число носіїв, що утворються за секунду
в одиниці об’єму) σ = ef
n n + p p
Фотопровідний ефект
Якщо p – домінуюючий тип носія – маємо провідник p-типу
Якщо n - домінуюючий тип носія – маємо провідник n-типу
Концентрації носія протилежного типу
не враховуються в такому випадку
Конкретний тип отримується так званим збагаченням (глава 3)
Фотопровідний ефект - чутливість
Чутливість до випромінювання |
|
|
|
|
||
G = |
V |
|
+ |
|||
|
L – відстань між електродами, V |
|||||
|
||||||
|
|
L2 |
n n |
p p |
||
|
різниця потенціалів між ними |
|
|
|
||
Чутливість: число носіїв заряду,
згенерованих на фотон вхідного випромінювання
Для підвищення чутливості:
Матеріали з великою тривалістю життя носіїв
Маленька довжина
фоторезистора
Фотопровідник
Фотопровідний ефект
Властивості змінюються від матеріалу до матеріалу
Чим меншою є заборонена зона, тим більш ефективним буде сенсор на малих частотах
найбільша довжина хвилі, за якою ефект
непомітний, називають максимальною корисною частотою
Оскільки провідність залежить від
температури, то кожен напівпровідник має і максимальну корисну температуру
Фотопровідні властивості |
|||
|
|
напівпровідників |
|
Table 4.2. Band gap energies, longest wavelength and working temperatures for |
|||
selected semiconductors |
|
|
|
Material |
Band gap [eV] |
Longest wavelength |
Working temperature |
ZnS |
|
max [ m] |
[ K] |
3.6 |
0.35 |
300 |
|
CdS |
2.41 |
0.52 |
300 |
CdSe |
1.8 |
0.69 |
300 |
CdTe |
1.5 |
0.83 |
300 |
Si |
1.2 |
1.2 |
300 |
Ge |
0.67 |
1.8 |
300 |
PbS |
0.37 |
3.35 |
|
InAs |
0.35 |
3.5 |
77 |
PbTe |
0.3 |
4.13 |
|
PbSe |
0.27 |
4.58 |
|
InSb |
0.18 |
6.5 |
77 |
Ge:Cu |
|
30 |
18 |
Hg/CdTe |
|
814 |
77 |
Pb/SnTe |
|
814 |
77 |
InP |
1.35 |
0.95 |
300 |
GaP |
2.26 |
0.55 |
300 |
Note: properties of semiconductors vary with doping and other impurities. The values shown should be viewed as representative only.
Фотопровідні властивості
Приколад: InSb:
Максимальна довжина хвилі - 5.5 m
Чутливий в близькому діапазоні ІЧ
Заборонена зона дуже вузька
Проте емісія електронів можлива при температурному впливі
При кімнатній температурі не використовується, так як більшість електронів тоді рухомі
Ці носії стають шумом для генерованих світлом
Часто доводиться застосовувати охолодження для таких сенсорів