|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Примесный фотоэффект |
 | |
Анимация
0
Описание
Важной особенностью полупроводников является способность увеличивать электропроводность под действием света. Это явление получило название внутреннего фотоэффекта или фотопроводимости.
Внутренний фотоэффект заключается в том, что под действием света происходит перераспределение электронов по энергетическим уровням. Носители тока, возникшие в результате освещения, называются неравновесными или избыточными. Увеличение числа свободных носителей заряда приводит к уменьшению сопротивления полупроводника.
Внутренний фотоэффект был обнаружен американским физиком У. Смитом в 1873 г. Схема опыта изображена на рис. 1.
Схема опыта
Рис. 1
Фототок, возникающий при освещении исследуемого полупроводника (1) светом определенной частоты, регистрируется гальванометром (2).
На рис. 2 и 3 приведены энергетические схемы переходов в примесных полупроводниках. (
- электроны, 
- дырки).
Донорный полупроводник
Рис. 2
Aкцепторный полупроводник
Рис. 3
В примесном полупроводнике под действием света с энергией кванта, превышающей энергию активации примеси DEа, электроны могут переходить с донорных уровней примеси в зону проводимости (рис. 2) или из валентной зоны на акцепторные уровни примеси (рис. 3). В первом случае возникает электронная проводимость, во втором - дырочная.
Кванты света с энергией меньшей, чем энергия активации примеси, не поглощаются электроном, поэтому существует некоторое граничное значение частоты wb, при которой начинает наблюдаться внутренний фотоэффект в примесных полупроводниках. Граничное значение частоты фотона в этом случае определяется выражением:
.
Если энергия фотона становится равной ширине запрещенной зоны DEg (
), электроны будут переходить из валентной зоны в зону проводимости. В этом случае возникнет увеличение фототока за счет собственной проводимости полупроводника.
Носители тока, имеющиеся в полупроводнике в отсутствие освещения, или в случае, когда энергия фотонов недостаточна, чтобы вызвать перераспределение электронов по энергиям, называются равновесными, а электропроводность - темновой.
Темп оптической генерации g, т.е. число неравновесных (избыточных) носителей заряда, образующихся в единице объема в единицу времени при освещении полупроводника, можно представить в виде:
g = haJ,
где h - квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равен отношению числа образующихся носителей к общему числу поглощенных фотонов;
a - коэффициент поглощения света;
J - монохроматический световой поток, рассчитанный на единицу поверхности полупроводника и определяемый числом фотонов, проходящих через единицу поверхности в единицу времени (будем считать что J - константа (слабо поглощаемый свет) и темп генерации одинаков по всему объему полупроводника).
В стационарном состоянии электропроводность при освещении dss определяется формулой:
dss = e(mp+mn)gt,
где t - время жизни неравновесных носителей заряда (время релаксации);
mp и mn - подвижности дырок и электронов.
Для примесной оптической генерации и, соответственно, примесной фотопроводимости происходит увеличение концентрации только одного вида носителей заряда, и фотопроводимость оказывается монополярной. Это справедливо и для акцепторных, и для донорных примесей. Так, например, для донорного полупроводника dss=emngt, или dss=emnDn, где Dn - концентрация избыточных неравновесных носителей заряда, возникших при освещении примесного полупроводника. При увеличении фотопроводимости сопротивление полупроводника падает, а фототок возрастает, что и фиксируется гальванометром (см. рис. 1).
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Полупроводниковые фоторезисторы (фотосопротивления) - полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света.
Автоматика, фотометрия, оптическая спектроскопия.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Для простейшего наблюдения примесного фотоэффекта достаточно измерить тестером сопротивление стандартного фоторезистора и убедиться, что при освещении естественным светом оно уменьшается.
Литература
1. Физический энциклопедический словарь.- М., 1983.
2. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М.: Наука, 1977.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
