10. Фотоэлектрические явления Занятие № 11

11.1 Примесная и собственная фотопроводимость. Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость.

Литература:

1. "Барьеры" [11], глава 2

2. Бонч-Бруевич [1], глава 7, §4.

3. Grundmann [7], глава 10.

4. Рывкин [21], глава 6, §§26-27.

Схема:

1. Первая часть вопроса проста, тем более что фотопроводимость (ФП) мы уже рассматривали.

2. Центры прилипания обмениваются носителями заряда только с одной зоной, например, центры прилипания для электронов захватывают электроны из зоны проводимости и выбрасывают их обратно в зону до того, как центр успевает захватить дырку. Напротив, центр рекомбинации захватывает электрон и затем захватывает дырку до того, как успевает произойти обратный тепловой выброс электрона в зону проводимости.

3. Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость легко понять в случае, когда ФП определяется одним типом носителей заряда (например, электронами), а рекомбинация электронов и дырок происходит через центры рекомбинации, концентрация которых велика и на заполнение которых освещение влияет слабо. Тогда добавление центров прилипания не изменяет величину стационарной фотопроводимости, поскольку эта величина определяется равенством темпа генерации и темпа рекомбинации, на которые прилипание не влияет. Однако центры прилипания существенно изменяют (замедляют!) кинетику нарастания и спада ФП при включении и выключении света, соответственно. Действительно, при включении света часть фоторожденных электронов захватывается на центры прилипания, поэтому требуется больше времени для достижения стационарного значения ФП. Другими словами, прилипание уменьшает эффективный квантовый выход ФП, который можно определить по наклону начального (линейного) участка роста фотопроводимости. При наличии центров прилипания кинетика спада ФП при выключении света также оказывается более медленной. Кинетика замедляется процессом выброса электронов, накопленных на центрах прилипания. Наиболее ясно этот вопрос изложен в книге Рывкина [21].

4. В общем случае центры прилипания сложным образом изменяют как кинетику, так и стационарную величину ФП.

Дополнительный вопрос:

Нарисовать графики зависимостей ФП от времени при прямоугольном импульсе света достаточно большой длительности (превышающей характерные времена нарастания и спада ФП) в отсутствие и при наличии центров прилипания.

11.2 Оптическая перезарядка локальных уровней и связанные с ней эффекты. Термостимулированная проводимость.

Изложение этого вопроса я нашел только в книге Рывкина [21].

Литература:

1. Рывкин [21], глава 10, параграфы 44-46.

Схема:

1. Оптическая перезарядка локальных уровней обычно происходит при освещении полупроводника, находящегося при низкой температуре, межзонным светом (с энергией фотонов ħ, превышающей ширину запрещённой зоны). Такое освещение приводит к захвату электронов (или дырок) на локальные уровни, причем обратный тепловой выброс электронов с уровней в зону проводимости затруднен из-за малости температуры. В результате может возникать фотопроводимость в области спектра ħ<E_g , обусловленная переходами электронов, захваченных на локальные уровни. Особенность такой индуцированной оптической перезарядкой ФП состоит в сложной кинетике, состоящей из обычного начального роста, который сменяется спадом (из-за уменьшения концентрации электронов на локальных центрах в процессе освещения).

2. Термостимулированная проводимость возникает при нагреве образца с предварительно перезаряженными локальными уровнями в результате теплового выброса электронов с этих уровней в зону проводимости. При постепенном нагреве первыми выбрасываются в зону наиболее мелкие уровни. Затем, по мере повышения температуры, освобождаются более глубокие уровни. В результате, на зависимости термостимулированной проводимости от температуры могут наблюдаться максимумы, отвечающие тепловому выбросу электронов с локальных уровней с различной глубиной залегания. По положению максимумов можно определить глубины залегания (энергетический спектр) локальных уровней в запрещённой зоне полупроводника.

11.3 Фоторазогрев носителей заряда.

Этот вопрос мы рассмотрим на занятии.

11.4 Фотоэлектромагнитный эффект.

Литература:

1. Бонч-Бруевич [1], глава 11, §7.

2. Панков [6], глава 14, §3.

3. Мосс [8], п.5.5.

Схема:

1. Дать определение, нарисовав схему экспериментального наблюдения фотоэлектромагнитного (ФЭМ) эффекта.

2. Сопоставить ФЭМ-эффект с эффектом Холла, обсудить сходство и различия.

Дополнительный вопрос:

Оценить величину ФЭМ-эффекта при заданных величинах светового потока, магнитного поля и диффузионной длины неосновных носителей заряда (электронов).