Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называют процесс взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества. Фотоэлектрические эффекты делятся на внешний и внутренний фотоэффекты. Внешний фотоэффект связан с вырыванием электронов из кристаллов под действием электромагнитного излучения. При внутреннем фотоэффекте электрон вырывается из атома под действием электромагнитного излучения, но остается внутри кристалла.При действии электромагнитного излучения с полупроводником, происходит взаимодействие квантов энергии в обеими подсистемами - атомной и электронной, составляющими кристалл. Электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне, возбужденные электромагнитным излучением, переходят на уровни с более высокими энергиями (2, 2а рисунок 2). Данное поглощение называется поглощением на свободных носителях заряда. Переходам 5, 5а на рисунке 2 соответствует поглощению на экситонах. Таким образом, для осуществления поглощение на непрямых переходах электронов необходимо совместное участие квантов тепловой и световой энергий, поэтому поглощение на непрямых переходах смещается в коротковолновую область спектра по отношению к поглощению на прямых переходах.Следует отметить, что увеличение электропроводности при действии электромагнитного излучения может быть связано с изменение подвижности носителей заряда вследствие их перераспределения на более высокие энергетические уровни, что приводит к изменению эффективной массы носителей заряда. Однако изменение подвижности носителей заряда вносит существенный вклад в фотопроводимость только в слабо легированных полупроводниках с малой эффективной массой носителей заряда при низких температурах и малых энергиях квантов электромагнитного излучения. Увеличение концентрации носителей заряда в полупроводниках под действием электромагнитного излучения реализуется следующим образом: 1) электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости, при этом образуются как дырки, так и электроны (переход 1, рисунок 2); 3) электроны переходят с донорных уровней в зону проводимости полупроводника, что приводит к увеличению электронная проводимость (переход 3, рисунок 2). Пусть под действием электромагнитного излучения в полупроводнике образуются носители заряда, определяемые скоростью генерации носителей заряда .Тогда с момента начала действия электромагнитного излучения концентрация носителей заряда в полупроводнике начнет расти по закону: .(5)Под фотовольтаическими (фотогальваническими) эффектами понимают возникновение электродвижущей силы (ФОТОЭДС) в полупроводнике в результате пространственного разделения оптически возбужденных носителей заряда противоположного знака.Если на поверхности полупроводника падает электромагнитное излучение (свет), энергия квантов которого достаточна для генерации фотоносителей, при этом коэффициент поглощения достаточно велик, то электромагнитное излучение будет поглощаться в основном в приповерхностном слое полупроводника, где и будут создаваться фотоносители. Данное явление относится к случаю неоднородного освещения полупроводника. Электроны и дырки будут диффундировать в область с меньшей концентрацией носителей заряда, которая характеризуется минимальной освещенностью.Пусть n-р-переход освещается светом со стороны полупроводника р-типа электропроводности с энергией квантов больше энергии запрещенной зоны, что соответствует образованию электронно-дырочных пар. На рисунке 7 показан процесс генерации под действием квантов света носителей заряда в р-области р-п-перехода с последующей их диффузией. Электроны зоны проводимости полупроводника р-типа электропроводности под действием контактного поля переходят в зону проводимости полупроводника n-типа, при этом дырки задерживаются контактным полем и остаются в р-области. Таким образом, под действием квантов света через p-n-переход протекает фототок, который создает на n-р-переходе разность потенциалов в пропускном направлении, уменьшающую на свою величину контактную разность потенциалов, и как вследствие этого через р-п-переход потечет ток , называемый током утечки, в обратном направлении: ,(24) где - ток насыщения, обусловленный тепловой генерацией носителей заряда. При подключении к фотоэлементу на основе р-п-перехода внешней нагрузки , рисунок 8, ФОТОЭДС в р-п-переходе создается только частью носителей заряда, а другая часть носителей заряда обеспечивает ток через нагрузку.
План
Оглавление
1. Классификация фотоэлектрических эффектов и оптоэлектронных приборов
2. Оптические свойства полупроводников
2.1 Оптическое поглощение
2.2 Фотопроводимость
2.3 Фотовольтаические эффекты
2.3.1 Эффект Дембера
2.3.2 Вентильный фотоэффект
Список литературы
1. Классификация фотоэлектрических эффектов и оптоэлектронных приборов
Список литературы
1. Шалимова К.В. Физика полупроводников / К.В. Шалимова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 392 с.
2. Павлов П.В. Физика твердого тела / П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов. - М.: Высш. шк., 1985. - 370 с.
3. Епифанов Г.И. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА / Г.И. Епифанов, Ю.А. Мома. - М.: Сов. радио, 1979. - 352 с.
4. Бонч-Бруевич Л.В. - Физика полупроводников / Л.В. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. - М.: Наука, 1972. - 670 с.
5. Пасынков В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. - М.: Высш. шк., 2003. - 368 с.
6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов / С. Зи. - М.: Мир, 1984. - Т. 2. - 455 с.
7. Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел / Р. Бьюб. - М.: Иностранная литература, 1962. - 558 с.
8. Верещагин И.К. Введение в оптоэлектронику / И.К. Верещагин, Л.А. Косяченко, С.М. Кокин. - М.: Высш. шк., 1991. - 191 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
