Фотопроводимость полупроводников.



 

Фотопроводимость полупроводников – это электрическая проводимость, возбуждённая электромагнитным излучением за счёт обусловленного действием света перераспределением электронов по энергетическим уровням.

 

Фотопроводимость обусловлена внутренним фотоэффектом. В полупроводнике под действием света образуются дополнительные неравновесные носители тока.

 

Общая удельная электрическая проводимость полупроводника

, где

темновая удельная электрическая проводимость;

удельная электрическая фотопроводимость.

У собственного беспримесного полупроводника фотон с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны    переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара – электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне.

 , где

число пар неравновесных носителей – электронов и дырок, генерируемых светом в единице объёма полупроводника за 1 с ;

и    среднее время жизни электронов и дырок.

 

В примесных донорных и акцепторных полупроводниках электроны под действием света могут переходить из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

 

Требование к энергии фотона  , где   энергия активации соответствующей проводимости, означает, что существует красная граница внутреннего фотоэффекта

Для собственной проводимости полупроводника при   получаем нм, что соответствует жёлтому свету.

Видимый и ультрафиолетовый свет может вызвать фотопроводимость не только полупроводников, но и диэлектриков, у которых  > 2 эВ.

У примесных полупроводников энергия активации проводимости ~ 0,01 – 0,1 эВ и  м, что соответствует инфрокрасной области света.

 

На внутреннем фотоэффекте основано действие фотосопротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. В видимой части спектра применяются фотосопротивления , изготовленные из сернистого кадмия CdS. Фотосопротивления из PbS, PbSe, PbTe , InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения (Sb – сурьма)

 

Световая чувствительность  (мА/лм) у полупроводниковых фотосопротивлений приблизительно в 100000 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.

 

В области р-п перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться  вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-ЭДС).

Сплошная  кривая    –     ход

потенциальной энергии электронов

в (р-п)-переходе.

 

    Штриховая    кривая  –    ход

 потенциальной энергии дырок

в (р-п)-переходе.

 

Неосновные для данной области носители (электроны в  р-области и дырки в п-области), возникшие под действием света, беспрепятственно проходят через переход. В результате в р-области накапливается избыточный положительный заряд, а в п-области – избыточный отрицательный. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которое и представляет собой фото-ЭДС. Если подключить кристалл с (р-п)-переходом к внешней нагрузке, то в ней будет течь ток. На этом основано действие фотометров и солнечных батарей.

 


Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 75; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ