Фотопроводимость

Проводимость собственного полупроводника определяется соотношением σ = q(n_oµ_n + p_oµ_p). Под действием света в кристалле возникают неравновесные носители заряда и σ = q[(n_o +)µ_n + (p_o + Δp)µ_p]. Отсюда фотопроводимость полупроводника, обусловленная собственным поглощением излучения, есть

σ_ф = qΔn(µ_n + µ_p). (2.10)

и ее характер полностью определяется значением концентрации неравновесных носителей заряда. Стационарное значение фотопроводимости при постоянной величине интенсивности оптического излучения с учетом (2.5) σ_ф = qGτ(µ_n + µ_p).

При ступенчатом включении излучения фотопроводимость изменяется в соответствии с (2.7) σ_ф = qGτ(µ_n + µ_p)[1 – exp(-t/τ)], а при выключении согласно (2.9) σ_ф = qGτ(µ_n + µ_p)exp(-t/τ),

Так как плотность тока j = σE, то фототок при импульсном включении и выключении освещения полупроводника также изменяется по экспоненте в соответствии с (2.7) и (2.9) (рис.2.7). Таким образом, по измерениям фототока можно определить время жизни неравновесных носителей заряда.

Спектральная зависимость фотопроводимости определяется спектром поглощения α(λ). При этом следует учитывать следующее обстоятельство: при hν_фот >> ΔEg коэффициент поглощения очень велик (2.1), поэтому глубина проникновения излучения ограничивается приповерхностным слоем полупроводника. Но в этом слое очень большая скорость поверхностной рекомбинации, и концентрация неравновесных носителей заряда стремится к нулю. Поэтому в области собственного поглощения наблюдается не только длинноволновый спад фотопроводимости, но и коротковолновый (рис.2.8).

Явление фотопроводимости находит широкое применение для изготовления фотоприемников – фоторезисторов. Фоторезистор представляет собой кристалл полупроводника с электродами на его торцевых поверхностях. Пусть размеры фоторезистора а, b, d (рис. 2.9). Если вся поверхность кристалла S = ab равномерно освещена излучением с мощностью Р_опт, то общее число фотонов, падающих на поверхность в единицу времени, равно Р_опт/hν_фот. При толщине кристалла большей глубины проникновения света стационарная скорость генерации неравновесных носителей заряда в единице объема с учетом (2.5) равна

, (2.11)

где η – квантовая эффективность, т.е число неравновесных носителей заряда, отнесенное к числу падающих фотонов. Фототок, вызванный изменением проводимости (2.10) и протекающий между контактами:

J = σ Ebd = qΔn(µ_n + µ_p)Ebd,

где E – напряженность поля внутри кристалла. Подставляя Δn из (2.11), получим

,

где v_др = (µ_n + µ_p)E - скорость дрейфа носителей заряда; t_П = a/v_др – время пролета носителей фоторезистора. Отношение τ/t_П называется коэффициентом умножения фототока и показывает, сколько носителей заряда поступит из внешней цепи и пройдет через фоторезистор за время жизни одного неравновесного носителя заряда. Для образцов с большим временем жизни и малым расстоянием между электродами коэффициент усиления фототока может быть много больше единицы, но при этом падает быстродействие фоторезистора.

П р а к т и ч е с к а я ч а с т ь

Дата добавления: 2015-06-26