23.Термодинамічний р-n-перехід.

pn-Перехід (n - negative - негативний, електронний, p - positive - позитивний, дірковий), або електронно-дірковий перехід - область простору на стику двохнапівпровідників p- і n-типу, в якій відбувається перехід від одного типу провідності до іншого. pn-Перехід є основою для напівпровідникових діодів, тріодів та інших електронних елементів з нелінійної вольт-амперної характеристикою.

Енергетична діаграма pn-переходу. a) Стан рівноваги b) При доданому прямій напрузі c) При доданому зворотній напрузі

Області просторового заряду

В напівпровіднику p-типу концентрація дірок набагато перевищує концентрацію електронів. У напівпровіднику n-типу концентрація електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Якщо між двома такими напівпровідниками встановити контакт, то виникне дифузійний струм - носії заряду, хаотично рухаючись, перетікають з тієї області, де їх більше, в ту область, де їх менше. При такій дифузії електрони і дірки переносять із собою заряд. Як наслідок, район на кордоні стане зарядженою, і область в напівпровіднику p-типу, яка примикає до кордону розділу, отримає додатковий негативний заряд, принесений електронами, а прикордонна область в напівпровіднику n-типу отримає позитивний заряд, принесений дірками. Таким чином, межа розділу буде оточена двома областями просторового заряду протилежного знаку.

Електричне поле, що виникає внаслідок утворення областей просторового заряду, викликає дрейфовий струм у напрямку, протилежному дифузійному струму. Зрештою, між дифузійним і дрейфовий струмами встановлюється динамічна рівновага, і перетікання зарядів припиняється.

24.Фотопровідність.

Фотопровідність властива напівпровідникам. Електропровідність напівпровідників обмежена браком носіїв заряду. При поглинанні фотона електрон переходить із валентної зони в зону провідності. Як наслідок утворюється пара носів заряду: електрон у зоні провідності й дірка у валентній зоні. Обидва носії заряду при прикладеній до напівпровідника напрузі вносять вклад у електричний струм.

При збудженні фотопровідності у власному напівпровіднику енергія фотона повинна перевищувати ширину забороненої зони. У напівпровіднику з домішками поглинання фотона може супроводжуватися переходом із домішкового рівня, що дозволяє збільшити довжину хвилі світла, яке викликає фотопровідність. Ця обставина важлива для детектуванняінфрачервоного випромінювання. Умовою високої фотопровідності є також великий коефіцієнт поглинання світла, що реалізується в прямозонних напівпровідниках.

Ефекти поглинання світла в напівпровідниках знаходять практичне застосування для створення модуляторів світлових потоків, фотоприймачів і перетворювачів світлової енергії в електричну.

Для модуляції світлових потоків можна використовувати залежність коефіцієнта поглинання у краю власної смуги від тиску, зовнішнього електричного поля і концентрації вільних носіїв заряду або залежність поглинання світла вільними носіями від їх концентрації.

При власному і домішковому поглинаннях виникають надмірні вільні носії заряду, що приводять до збільшення провідності напівпровідника. Процес внутрішнього звільнення електронів під дією світла називається внутрішнім фотоефектом. Додаткова провідність, що набувається напівпровідником при опромінюванні світлом, називається фотопровідністю. Основна ж провідність, обумовлена тепловим збудженням вільних носіїв заряду, називається темновою провідністю. Прилади, призначені для реєстрації світлового випромінювання за величиною фотопровідності, називаються фоторезисторами.

На рис.8.6 показаний пристрій фоторезистора і схема його вмикання. Чутливий елемент фоторезистора являє собою брусок або плівку монокристалічного або полікристалічного напівпровідника з двома омічними контактами. Він під'єднується до джерела зсуву через опір навантаження. Товщина чутливого елементу повинна бути достатньо великою, щоб в ньому поглиналося практично все світлощо пройшло через освітлену поверхню (– потужність падаючого світла;

– коефіцієнт відбиття поверхні). Цю вимогу легко виконати для власних фоторезисторів і часто важко виконати для домішкових. Якщо вона виконана, то число носіїв (або пара носіїв при власному поглинанні), що генеруються світлом за одиницю часу в чутливому елементі при , буде рівне

G = W₀(1-r) / hw, (8.13)

де – квантовий вихід внутрішнього фотоефекту, рівний числу носіїв (пара носіїв), народжуваних в середньому кожним поглиненим фотоном. Він може бути більший 1, якщо при поглинанні одного фотона високої енергії народжується дві і більше електронно-діркових пари, і менший 1, якщо частина фотонів поглинається вільними носіями заряду.