5.3.Фотопроводимость полупроводников

Внутренний фотоэффект (фотопроводимость, фоторезистивный эффект) состоит в изменении проводимости полупpоводника под воздействием электромагнитного излучения.

Рассмотрим фотопроводимость в собственном полупроводнике (см. рис.62). Если такой полупроводник облучать светом с энергией квантов больше или равной ширине запрещенной зоны, то происходит поглощение квантов. При этом их энергия идет на образование дополнительных (неравновесных) электронно-дырочных пар. В отсутствии света полупроводник обладает некоторой проводимостью₀ - темновой проводимостью, которая определяется равновесными носителями. При освещении полупроводника к ней добавляется фотопроводимость _ф , обусловленная неравновесными носителями. В целом удельная проводимость фотопроводника определяется суммой

 = ₀ + _{ф .} (71)

Для внутреннего фотоэффекта, как и для внешнего, существует минимальная частота световых волн, при которой возможен фотоэффект (красная граница фотоэффекта). Она определяется из условия равенства энергии светового кванта ширине запрещенной зоны:

h_rh = W (72)

или hc/_кр = W . (73)

5.4.Электронно-дырочный переход

В основу работы большинства полупроводниковых приборов положены свойства так называемого электронно-дырочного перехода – контакта между двумя полупроводниками разного типа (p-n- переход). Рассмотрим, как образуетсяp-n-переход и каковы его свойства.

5.4.1.Образование электронно-дырочного перехода. Электронно-дырочный переход в условиях равновесия

Обычно p-n-переход создается в одном полупроводниковом кристалле. Для этого в одну половину кристалла вводятся примеси-доноры, а в другую – акцепторы. Тогда в первой части появляется большое число свободных электронов (n-полупроводник), а во второй – много избыточных дырок (р-полупроводник).

а) Рис. 63	б)
а) Рис. 64	б)
а) Рис. 65	б)

При идеальном контакте областей с противоположным типом проводимости возникает встречная диффузия носителей заряда. В области контакта заряды противоположного знака рекомбинируют. При этом нарушается электрическая нейтральность тонкого слоя  вблизи перехода (см. рис.63,а). В p-области после рекомбинации остаются нескомпенсированными ионы атомов акцептора, что делает тонкий слой _р , примыкающий к контакту с этой стороны, отрицательно заряженным. Соответственно со стороны n-полупроводника образуется тонкий положительно заряженный слой _n не скомпенсированных ионов донорной примеси. Электрическое поле E_диф между этими слоями (диффузионное поле) направлено от n-области к p-области и препятствует дальнейшей диффузии основных носителей через p-n-переход. Разность потенциалов _к между n- и p-областями называется контактной разностью потенциалов.

На рис. 63,б приведена энергетическая диаграмма электронно-дырочного перехода. Вдали от контакта двух областей электрическое поле отсутствует или пренебрежимо мало по сравнению с полем в p-n-переходе. Поэтому энергетические зоны в этих областях изображены горизонтальными прямыми.

Электрическое поле в области р-n-перехода приводит к смещению энергетических зон полупроводника При отсутствии внешнего поля уровень Ферми устанавливается на одинаковой высоте в p- и n-областях. Для носителей заряда возникает потенциальный барьер высотой , где – заряд электрона.