Возникновение ЭДС в однородном полупроводнике при его освещении

Фоторезистивный эффект

Фоторезистивный эффект — это изменение электрического сопро­тивления полупроводника, обусловленное дей­ствием оптического излучения и не связанное с его нагрева­нием.

Для возникновения фоторезистивного эффекта необходи­мо, чтобы в полупроводнике происходило либо собственное поглощение оптического излучения или фотонов с образованием новых пар носителей заряда, либо примесное поглощение с образованием носителей одного знака.

В результате увеличения концентрации но­сителей заряда уменьшается сопротивление полупроводника.

При облучении полупроводника наряду с генерацией нерав­новесных носителей заряда происходит и обратный процесс — рекомбинация. Через некоторое время после начала облучения устанавливается динамическое равновесие между генерацией и рекомбинацией. При этом избыточная концентрация, например, электронов

Dn = RbN_фt_n (4.7)

где R - коэффициент поглощеня фотонов полупроводником

b - квантовая эффективность гене­рации, т. е. число возникающих пар носителей при собственном поглощении (или число носителей при примесном поглощении), отнесенное к числу поглощенных фотонов;

N_ф - число фотонов, падающих на единичную поверхность полупроводника в единицу времени (оно может быть определено как мощность падающего на единичную поверхность излучения, отнесенное к энергии фотона hg);

N_ф = Ps/hg (4.8)

t_n - время жизни неравновесных носителей заряда

Если однородный полупроводник осветить сильно поглощае­мым светом, то в его поверхностном слое, где происходит ос­новное поглощение света, возникнет избыточная концентрация электронов и дырок, которые будут диффундировать вглубь полупроводника (рис.4.3).

Коэффициент диффузии электронов обычно значительно больше

коэффициента диффузии дырок.

Рис. 4.3 Образование ЭДС Дембера

Поэтому при диффузии электроны опережают дырки, происхо­дит некоторое разделение зарядов — поверхность полупровод­ника приобретает положительный заряд, а объем заряжается отрицательно.

Таким образом, в полупроводнике при его осве­щении возникает электрическое поле и ЭДС, которую иногда называют ЭДС Дембера.

Возникшее электрическое поле будет тормозить электроны и ускорять дырки при их движении от по­верхности полупроводника, в результате чего через

некоторое время после начала освещения уста­новится динамическое равновесие.

Напряженность электрического по­ля Е, возникающую в полупроводнике при его освещении, можно найти, ис­пользуя уравнения для дрейфового и диффузионного тока с учетом того, что в установившемся состоянии динамического равновесия тока через полупроводник нет.

Тогда

0 = qnm_nE + qD_n grad n + qpm_pE – qD_P grad p (4.9)

При grad p = grad n

E = -grad n(p) (D_n - D_P) / (nm_n + pm_p) (4.10)

т. е. напряженность электрического поля пропорциональна возникающему при освещении полупроводника градиенту кон­центрации носителей заряда.

Дата добавления: 2014-01-06