Полупроводники фотопроводимость

Под влиянием света проводимость полупроводников также может резко изменяться. Это свойство полупроводников (фотопроводимость) используется для создания фотосопротивлений, чувствительных и к далеким инфракрасным лучам. При частичном освещении полупроводника между освещенными и неосвещенными участками возникает фотоэлектродвижущая сила, причем разность потенциалов зависит от интенсивности освещения. Этим пользуются для создания фотоэлементов без источников питания, а также солнечных батарей, которые превращают солнечную энергию непосредственно в электрическую. [c.11]

История создания фотоэлементов насчитывает уже более 100 лет. Первый фотоэлемент, основанный на внутреннем фотоэффекте и использующий явление фотопроводимости, был построен в 1875 г., первый же вакуумный фотоэлемент, основанный на внешнем фото-Э1 )фекте, был построен в 1889 г. Промышленное производство вакуумных фотоэлементов в Советском Союзе было организовано П. В. Тимофеевым в 1930 г. Интересно отметить, что фотоэлементы, использующие внешний фотоэффект, раньше приобрели широкое развитие, хотя внутренний фотоэффект был открыт по крайней мере на 50 лет раньше. Только в сороковых годах нашего столетия благодаря бурному развитию физики полупроводников и деталь- [c.649]

Собственное поглощение. Оно связано с переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости. Выше уже отмечалось, что в идеальном полупроводнике при 7 = 0К валентная зона заполнена электронами полностью, так что переходы электронов под действием возбуждения в состояние с большей энергией в этой же зоне невозможны. Единственно возможным процессом здесь является поглощение фотона с энергией, достаточной для переброса электронов через запрещенную зону. В результате этого в зоне проводимости появляется свободный электрон, а в валентной зоне—дырка. Если к кристаллу приложить электрическое поле, то образовавшиеся в результате поглощения света свободные носители заряда приходят в движение, т. е. возникает фотопроводимость. Таким образом, для фотонов с энергией hvдлин волн (т. е. больших hv) имеет место сплошной спектр интенсивного поглощения, ограниченный более или менее крутым краем поглощения при hvинфракрасной области спектра. В зависимости от структуры энергетических зон межзонное поглощение может быть связано с прямыми или непрямыми оптическими переходами. [c.307]

Экситонное поглощение. До сих пор мы рассматривали поглощение света, приводящее к образованию свободных электронов и дырок. Однако возможен и другой механизм поглощения, при котором электрон валентной зоны переводится в возбужденное состояние, но остается связанным с образовавшейся дыркой в водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, называемого экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное, как минимальная энергия, требуемая для создания разделенной пары. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает, так как электрон и дырка движутся вместе. Экситоны могут достаточно легко возникать в диэлектриках, так как D них кулоновское притяжение электрона и дырки значительно. В полупроводниках это притяжение мало и поэтому энергия связи экситона также мала. Вследствие этого экситонные орбиты охватывают несколько элементарных ячеек кристалла (радиус орбиты -"15 нм). В металлах экситонное поглощение очень маловероятно. [c.310]

Внутренний фотоэффект. При облучении светом некоторых полупроводников или диэлектриков оптические электроны отдельных атомов кристаллической решетки вещества, приобретая достаточную дополнительную энергию, отрываются от атомов и превращаются в электроны проводимости. Так как проводимость полупроводников и диэлектриков обычно мала, то появление в них электронов проводимости ведет к заметному повышению их электропроводности, а следовательно, и к уменьшению их сопротивления. Это явление и называется внутренним фотоэффектом, или фотопроводимостью. [c.168]

Квантовый выход внутреннего фотоэффекта. Предположим теперь, что полупроводник освещается монохроматическим светом, частота которого выше пороговой частоты для внутреннего фотоэффекта. Последняя определяется шириной запрещенной зоны в собственных полупроводниках и энергией ионизации донорных или акцепторных примесей в примесных полупроводниках. При поглощении фотонов электронами валентной зоны или примесных уровней будут происходить соответствующие квантовые переходы, приводящие к образованию дополнительных (неравновесных) носителей заряда, которые и обусловливают фотопроводимость. [c.176]

Основное характеристическое соотношение для фотопроводимости. Пусть Ли и Д/7 — концентрации неравновесных электронов проводимости и дырок, обусловленные поглощением света в полупроводнике. Выражение для проводимости полупроводника запишем теперь в следующем виде [c.177]

Основной параметр, определяющий фотопроводимость полупроводника,— время жизни носителей. Для управления этим параметром применяют различные типы примесей, [c.178]

Явление увеличения электропроводности полупроводника под действием излучения называют фотопроводимостью и широко используют при создании различных приборов, чувствительных к освещению. Фотопроводимость может возникнуть в полупроводнике лишь при определенной, близкой к ширине его запрещенной зоны энергии фотонов падающего излучения. Излучение с энергией фотонов, меньшей ширины запрещенной зоны, будет проходить через полупроводник не поглощаясь. При энергиях, значительно больших ширины запрещенной зоны, фотоны будут поглощаться поверхностью полупроводника и образующиеся при этом свободные электроны и дырки не проникнут в его толщу. [c.19]

Освещение полупроводника светом не приводит к бесконечному росту концентрации неравновесных носителей заряда, так как по мере роста концентрации свободных носителей и числа свободных мест на примесных уровнях растет вероятность рекомбинации. Наступает момент, когда рекомбинация уравновесит процесс генерации свободных носителей. Избыточная (неравновесная) удельная проводимость, равная разности удельных электрических проводимостей полупроводника при освещении у и в отсутствие освещения уо, называется удельной фотопроводимостью уф [c.70]

Рис. 3.19. Изменение фотопроводимости полупроводника при освещении его прямоугольным импульсом света

Рис. 3.19. Изменение фотопроводимости полупроводника при освещении его <a href="/info/111814">прямоугольным импульсом</a> света

Диапазон изменения электросопротивления у полупроводниковых материалов весьма широк (р = 10 - - 10 ом-см) однако материалы характеризуются некоторыми другими специфическими свойствами, отличающими их от металлов и изоляторов, Например, если электросопротивление металлов возрастает с повышением температуры, то у полупроводниковых материалов оно падает, т. е. полупроводники в большинстве случаев обладают отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления примеси уменьшают электропроводность металлов, но увеличивают проводимость полупроводниковых материалов. Полупроводники обладают фотопроводимостью, т. е. при действии излучений у них возникают дополнительные свободные носители заряда. В приборной технике полупроводники нашли широкое применение, поскольку они могут служить выпрямительными элементами, генерировать огромные термо-э. д. с., усиливать ток, позволяют увеличить ресурс и надежность электронных устройств, уменьшить размеры и вес приборов, а также сократить потребление электрической энергии. [c.279]

Фотопроводимость полупроводника определяется как разность удельной электропроводности при освещении и в темноте [c.276]

Работа прибора основана на взаимодействии краевого СВЧ электрического поля резонатора со свободными носителями тока полупроводниковой пластины. Удельное сопротивление пластины определяется по величине потерь, вносимых исследуемым полупроводником в резонатор, а время жизни неравновесных носителей — по времени затухания фотопроводимости полупроводника после освещения его оптическими импульсами. [c.251]

Рис. 8-8. Зависимость фотопроводимости полупроводников от интенсивности облучения

Релаксация фотопроводимости. Изменение электрических свойств полупроводников под влиянием электромагнитного излучения зависит от времени (релаксация). После прекращения облучения проводимость более или менее быстро возвращается к тому значению, которое она имела до облучения. У одних полупроводников это длится микросекунды, у других измеряется минутами и даже часами. Знание инерционности фотопроводимости различных полупроводниковых веществ важно при разработке, например, фоторезисторов, к быстродействию которых [c.247]

Рис. 12.8. Кривая нарастания фотопроводимости при облучении полупроводника светом и спада фотопроводимости после прекращения облучения

По такому же закону будет происходить и спад фотопроводимости полупроводника (кривая ВС) [c.326]

На рис. 12.8 показан также характер нарастания фотопроводимости полупроводника после включения светового импульса (кривая ОВ), описываемого следующим уравнением [c.326]

Фотопроводимость. Внутренний фотоэффект, или фотопроводимость, — это явление возникновения внутри полупроводника избыточных носителей тока под действием освещения. В простейшем случае собственного полупроводника излучение возбуждает валентные электроны в зоне проводимости, где они находятся в свободном состоянии и могут участвовать в процессе переноса заряда. Вклад в прО Зодимость дают также возникаюш,ие в валентной зоне дырки. В примесном полупроводнике -типа кроме собственного фотоэффекта возможно еще возбуждение электронов из связанных состояний на донорных центрах в зону проводимости. Аналогичным образом в полупроводниках р-типа возможно возбуждение электронов из валентной зоны на акцепторные уровни, создавая тем самым подвижные дырки. Характерно, что в обоих случаях" примесной фотопроводимости в кристалле генерируются свободные носители только одного знака. Так же, как и внешний фотоэффект, фотопроводимость проявляется в однородном материале в присутствии внешнего электрического поля. [c.346]

Поглош,ение света полупроводниками и диэлектриками может приводить к рождению различных квазичастиц — электронов проводимости, дырок, экситонов, фононов и др. Все эти процессы можно рассматривать как внутренний фотоэффект. Однако обычно, говоря о внутреннем фотоэффекте, имеют в виду фоторождение лишь носителей заряда — электронов проводимости и дырок. При этом выделяют две группы явлений фотопроводимость и возник-новение фотоЭДС, [c.173]

Фоточувствительность полупроводников. Эта величина определяется как отношение фотопроводимости к плотности светового потока, падающего на полупроводнпк [c.178]

Зависимость фотопроводимости Оф пленок а-31 Н от энергии фотонов Еф излучения (кривая /) показана на рис. 9. Определяли фотопроводимость как разность между электропроводностями пленки а-51 Н при воздействии излучения с данной длиной волны и в темноте. На рис. 9 показана также зависимость интенсивности солнечного излучения / от энергии фотонов (кривая 2). Как видно из этого рисунка, кривые / и 2 хорошо согласуются друг с другом максимум фоточувствительности соответствует области длин волн, в которой наблюдается максимальная интенсивность солнечного излучения. Это послужило одной из основных причин широкого использования гидрогенизированного аморфного кремния в фотоэлектрических преобразователях (ФЭП) солнечной энергии — солнечных батареях. Другой причиной является низкая стоимость гидрогенизированного аморфного кремния по сравнению со стоимостью моно-кристаллических полупроводников, традиционно используемых в этой области. [c.19]

В органических полупроводниках обнаруживаются внутренний и вентильный фотоэффекты. В контакте ароматического соединения и металла появляется фото-э. д. с., например, в системе литий — пернлен величина фото-э. д. с достигает 1 в. Фотопроводимость органических полупроводников вырастает с увеличением освегЦенности и температуры, а также обладает определенной спектральной характеристикой. Фотопроводимость может очень изменяться при введении кислорода в состав полупроводника. [c.209]

Частотная зависимость фотопроводимости. Как видно из рис. 8-7, в области малых длин волн (левее максимума кривой) наблюдается спад фотопроводимости. Это объясняется быстрым увеличением коэффициента поглощения с ростом частоты и уменьшением глубины проникновения падающей на тело электромагнитной энергии. Поглощение происходит в гонком поверхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда. Появление большого числа избыточных носителей заряда только у поверхности слабо 01ражается на проводимости всего объема полупроводника, потому что скорость поверхностной рекомбинации больше, чем объемной, и проникающие внутрь неосновные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объеме полупроводника. [c.246]

Завиеимость фотопроводимости от интенсивности облучения. При энергии квантов, обеспечивающей появление фотопроводимости, значение ее возрастает с увеличением интенсивности облучения, так как одновременно происходят два процесса с противоположным влиянием на фотопроводимость с одной стороны, увеличивается число носителей, а с другой — возрастает рекомбинация о увеличением концентрации носителей как одного, так и другого знака. В результате получается зависимость, показанная на рис. 8-8, Закономерности возрастания фотопроводимости с изменением интенсивности облучения у разных полупроводников различные. На практике в некоторых случаях пользуются зависимостью вида [c.246]

Влияние температуры на фотопроводимость. С понижением температуры уменьшается темновая проводимость, служащая фоном, на котором появляется фотопроводимость, а поэтому роль последней возрастает. Кроме того, с понижением температуры увеличивается и сама фотопроводимость, так как с уменьшением концентрации темновых носителей заряда снижается вероятность рекомбинации носителей. Температура влияет и на граничную длину волны (см. рис. 8-7), причем у одних полупроводников она смещается при понижении температуры вправо, а у других — влево. Это объясняется тем, что с понижением температуры ширина запрещенной зоны у одних полупроводников уменьшается, а у других — увеличивается. [c.247]

При собственном и примесном поглощениях возникают избыточные свободные носители заряда, приводящие к увеличению проводимости полупроводника. Процесс внутреннего освобождения электронов под действием света называется внутренним фотоэффектом. Добавочная проводимость, приобретаемая полупроводником при облучении светом, называется фотопроводимостью. Основная, же проводимость, обусловленная тепловым возбуждением свободных носителей заряда, называется темновой проводимостью. Приборы, предназначенные для регистрации светового излучения по< величине фотопроводимости, называются фоторезисторами. [c.324]

Экситоны. Как уже указывалось, при возбуждении собственной фотопроводимости электроны из валентной зоны перебрасываются в зону проводимости и становятся свободными. Однако возможно и иное течение процесса, когда возбужденный электрон не разрывает связи с дыркой, возникающей в валентной зоне, а образует с ней единую связанную систему. Такая система была впервые рассмотрена Я. И. Френкелем и названа им экситоном. Экситон сходен с атомом водорода в обоих случаях около единичного положительного заряда движется электрон и энергетический спектр является дискретным (рис. 12.9). Уровни энергии экситоиа располагаются у дна зоны проводимости. Так как экситоны являются электрически нейтральными системами, то возникновение их в полупроводнике не приводит к появлению дополнительных носителей заряда, вследствие чего поглощение света не сопровождается увеличением проводимости полупроводника. При столкновении же с фоноиами, примесными атомами и другими дефектами решетки экситоны или рекомби-иируют, или разрываются . В первом случае возбужденные атомы переходят в нормальное состояние, а энергия возбуждения передается решетке или излучается в виде квантов света во втором случае образуется пара носителей — электрон и дырка, которые обусловливают повышение электропроводности полупроводника, [c.327]

Селен Se (Selenium). Порядковый номер 34, атомный вес 78,96. Для селена известно несколько аллотропических форм. Стекловидный селен получается при отвердевании жидкого селена и представляет чёрную массу со стекловидным изломом. При нагревании выше 100 стекловидный селен быстро превращается в серый кристаллический селен. Последний обладает заметной фотопроводимостью и легко проявляет фотоэффект. Оба эти свойства обусловливают его применение в электрических приборах. Кристаллический селен, являясь полупроводником, проявляет униполярность, будучи помещён между двумя дисками, сделанными из разных металлов, что используется для изготовления сухих выпрямителей. Кристаллический селен весьма хрупок = 220°, кап — плотность 4,8. Жидкий селен представляет собой чёрную, непрозрачную, очень вязкую жидкость. Помимо указанных форм, селен обнаруживает способность давать и другие аллотропические видоизменения. [c.360]

ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция, продолжающаяся значительное время после прекращения ее возбуждения ФОТО ДЕЛЕНИЕ — деление атомного ядра гамма-квантами ФОТОДИССОЦИАЦИЯ—разложение под действием света сложных молекул на более простые ФОТОИОНИЗАЦИЯ — процесс ионизации атомов и молекул газов под действием электромагнитного излучения ФОТОКАТОД — холодный катод фотоэлектронных приборов, испускающий в вакуум электроны под действием оптического излучения ФОТОЛИЗ— разложение под действием света твердых, жидких и газообразных веществ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ—люминесценция, возникающая под действием света ФОТОМЕТРИЯ— раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом ФОТОПРОВОДИМОСТЬ изменение электрической проводимости полупроводника под действием света ФОТОРЕЗИСТОР — полупроводниковый фотоэлемент, изменяющий свою электрическую проводимость под действием электромагнитного излучения ФОТОРОЖ-ДБНИЕ — процесс образования частиц на атомных ядрах и нуклонах под действием гамма-квантов высокой энергии ФОТОУПРУГОСТЬ — возникновение оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления в первоначально оптически изотропных телах при их деформации [c.293]

Носители заряда разогреваются не только пост, током, но также при поглощении ими эл.- магн. излучения, Возникающее при этом изменение электропроводности полупроводника представляет собой один из механизмов фотопроводимости ir используется для создания чувствительных приёмников излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. Г. э. возникают также при генерации носителей заряда светом с энергией фотонов Доз, превышающей ширину запрещённой зоны g на величину, значительно б6льн1ую а также (в случае примесных полупроводников) светом с энергией фотонов, существенно превышающей энергию ионизации примесных центров (фоторазогрев). Часть фотоэлектронов, создаваемых в полупроводнике р-типа светом с рекомбинирует с дырками [c.520]

Теория, описывающая влияние давления на электронный спектр, построена для ковалентных и ионных кристаллов. Отражение и поглощение света в полупроводнике (а также фотопроводимость) определяются зависимостью днэлектрич. проницаемости от частоты (0 (см. Диэлектрики), Действительная е н мнимая е" части ф-ции в(со) связаны с коэф. поглощения а и пре ломленпя п света соотношениями [c.188]

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ (фоторезистивный эффект)— изменение электропроводности среды, oбy JЮвл ннoe действием эл.-магн. излучения. Ярко выражена в полупроводниках и диэлектриках. Впервые наблюдалась У. Смито.м (W. Smith, 1873) в аморфном Si (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники). Ф. возникает из-за изменения либо концентрации носителей заряда (концентрационная Ф.), либо их подвижности под действием излучения (см. Подвижность носителей заряда). В зависимости от механизма поглощения излучения различают Ф. собственную, примесную и внутризонную. [c.355]

Внутризонная фотопроводимость связана с изменением подвижности носителей заряда при их перераспределении по энергетич. состояниям в результате поглощения излучения. К процессам, вызывающим внутризонную Ф-, относят оптич. переходы носителей заряда внутри одной зоны, к-рые возможны благодаря рассеянию носителей на примесях и фононах (см. Рассеяние носителей заряда в твёрдом теле) прямые оптич, переходы между подзонами дырочной зоны в полупроводниках р-типа ( лёгкие и тяжёлые дырки, см. Зонная теория) переходы между подзонами размерного квантования в полупроводниковых структурах (см. Квантовые размерные эффекты). Внутризонная Ф. впервые наблюдалась Моссом и Хокинзом (I960) в p-Ge (переходы между подзонами дырок) и Ролли-ном (1961) в M-InSb (внутризонное поглощение). [c.356]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...