Фотопроводимость

1. Какие носители заряда называются равновесными, а какие неравновесными?

2. Объясните возможные переходы электронов при поглощении квантов света и рекомбинации носителей заряда?

3. Какими выражениями определяется красная граница фотопроводимости для собственных и примесных полупроводников?

4. Каков физический смысл понятия "квантовый выход"?

5. За счет чего возникает фотопроводимость полупроводников?

6. Какие параметры определяют величину фотопроводимости?

7. Что означает параметр "время жизни" носителей заряда?

8. Как записать в общем виде основное уравнение динамики генерационно-рекомбинационных процессов? Как в общем виде графически выглядит спектр фотопроводимости и как из него определить величину dЕ?

9. Какова схема измерения фотопроводимости полупроводников?

10. Почему фотопроводимость обычно измеряют при модулированном возбуждающем освещении?

12. Почему при обработке результатов измерений величину фотопроводимости, измеренную при фиксированной длине волны, делят на соответствующее значение коэффициента I?

 

Фотопроводимость

 

Изменение электрической проводимости (удельного сопротивления) вещества под воздействием электромагнитного излучения называют фотопроводимостью (фоторезистивным эффектом). Изменение проводимости обусловлено тем, что при освещении меняются:

• концентрация носителей;
• их подвижность.

Однако, относительное влияние обеих этих причин может быть весьма различным. Действительно, возникающая в результате поглощения фотона пара электрон - дырка получает некоторый квазиимпульс и энергию (h n - DЭ). Пусть, для простоты, энергия передаётся только одному из фотоносителей, скажем, электрону (что имеет место при сильном отличии масс m_n и m_p). Эта избыточная энергия затем растрачивается вследствие взаимодействия фотоэлектрона с решёткой, и через некоторое время, порядка времени релаксации энергии t_Э (зависящего от механизма рассеяния, температуры) (t_Э = 10^-10 ¸ 10^-7 с), средняя энергия фотоэлектронов принимает значение, соответствующее температуре решётки.

Аналогично равновесное распределение квазиимпульса фотоэлектронов устанавливается за время, приблизительно равное времени релаксации импульса t_р (причём обычно t_р << t_Э). Если t_Э << Т_n, где Т_n - время существования фотоэлектронов в зоне, то фотоэлектроны успевают "термолизоваться", т. е. приобрести такое же распределение по энергиям и квазиимпульсам, как и равновесные электроны. В этом случае подвижности не изменяются, а фотопроводимость обусловлена только изменением концентрации электронов и дырок и равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте

е = q - заряд электрона;

Dn и Dр - концентрации неравновесных носителей заряда, возникающих вследствие оптической генерации.

Если t_Э ³ Т_n, то при освещении меняется и подвижность носителей mn и mр. Но влияние изменения подвижности проявляется лишь при низких Т ⁰К, поэтому принимают m = const.

Объёмная скорость поглощения фотонов в полупроводнике

Число свободных носителей зарядов в случае примесного поглощения или число электронно-дырочных пар в случае собственного поглощения, производимое одним фотоном, называют внутренним квантовым выходом h₀. Объёмная скорость генерации носителей по глубине поглощения потока излучения

Если коэффициент поглощения a и толщина облучаемой области b малы, то произведение a b << 1 и объёмная скорость генерации носителей в области b практически не зависит от x

При воздействии на проводник светового пучка неизменной интенсивности в нём, по истечении некоторого времени, устанавливается стационарное значение избыточной концентрации носителей заряда и фотопроводимости. Поэтому в случае собственного поглощения

но это, если t_n = t_p = t

В общем случае

Но можно считать

- время жизни неравновесных носителей или время релаксации фотопроводимости.

Чем больше время жизни t, тем меньше скорость рекомбинации и больше фотопроводимость. Отсюда следует, что фоточувствительность и быстродействие полупроводниковых приёмников излучения связаны между собой через t: чем выше фоточувствительность, тем ниже быстродействие, и наоборот.