Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Кикоина-Носкова эффект; Фотомагнитоэлектрический эффект
Возникновение электрического поля в освещённом полупроводнике, помещённом в магнитное поле

Описание

Фотомагнитоэлектрический эффект (фотоэлектромагнитный эффект, Кикоина–Носкова эффект) – возникновение электрического поля в полупроводнике, помещённом в магнитное поле, при освещении его сильно поглощаемым светом.
Если на полупроводник падает свет, частота которого  соответствует собственному поглощению: (ширина запрещённой зоны полупроводника), то в тонком поверхностном слое образуется высокая концентрация электронов и дырок. Возникающий при этом градиент их концентрации приводит к появлению диффузионного потока носителей в направлении падающего излучения. Если магнитное поле H приложено вдоль оси oz (рисунок 1), световой пучок и диффузионный поток – вдоль оси oy, то магнитное поле отклоняет электроны и дырки в разные стороны, вызывая в направлении ox пространственное разделение зарядов.
Магнитное поле H приложено вдоль оси oz
Магнитное поле H приложено вдоль оси oz
Рис. 1

Если концы образца замкнуты, то в цепи возникает ток  , если разомкнуты, то – фотоэдс.
В слабых магнитных полях эдс фотомагнитоэлектрический эффекта пропорциональна магнитному полю H и меняет знак при изменении направления H на противоположное (нечётный фотомагнитоэлектрический эффект). Открыт И.К. Кикоиным и М.М. Носковым в 1933.
В слабых магнитных полях ( , где  – подвижность носителей заряда) плотность тока

(1)

здесь Dкоэффициент амбиполярной диффузии носителей заряда, nконцентрация неравновесных носителей заряда. Вид распределения n в общем случае сложен: он зависит от диффузионно-рекомбинационных параметров полупроводника, от коэффициента поглощения света и квантового выхода фотогенерации носителей.

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

Современная твердотельная электроника, являясь основным средством обработки информации, развивается по двум главным направлениям: интегральной электроники, или микроэлектроники, и функциональной электроники. Основные тенденции развития микроэлектроники обусловлены идеологией больших и сверхбольших интегральных схем. Развитие интегральных схем идет в направлении освоения субнаносекундных времен срабатывания и субмикронных размеров компонентов сверхвысоких уровней интеграции. В основе функциональной электроники лежит принцип физической интеграции, позволяющий реализовать определённую функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твёрдом теле. В этом случае локальному объёму твёрдого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, так что промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной схемы не требуется. Основной чертой физической интеграции является отсутствие или значительное снижение удельного веса схемотехники и использование динамических неоднородностей для выполнения определённых функций.
Фотоэлектромагнитный эффект нашел основное применение в фотомагнитных детекторах (приемниках электромагнитного излучения), а именно, в приемниках инфракрасного излучения и фотомагнитных магнитометрах.
Основным элементом фотомагнитного приемника электромагнитного излучения с длиной волны 5—7 мкм является пластинка сурьмянистого индия. Выбор InSb как материала для фотомагнитного инфракрасного приемника обусловлен малой шириной запрещенной зоны этого полупроводника (0,18 эв при комнатной температуре), дающей возможность наблюдать собственный фотоэффект в указанной спектральной области, высокой подвижностью носителей, способствующей увеличению чувствительности прибора, и малым временем жизни, делающим прибор быстродействующим.
Фотомагнитный ИК приемник из InSb успешно применяется в научных исследованиях, промышленности. Он обладает высокой пороговой чувствительностью, не требует охлаждения и электрического питания, имеет малые размеры. Малая постоянная времени прибора позволяет применять прибор в ИК. спектроскопии быстродействующих процессов. Фотомагнитный приемник может использоваться для контроля химических реакции, в оборудовании ракет, обладающих высокими скоростями, и т. п. Прибор полезен в основном для работы при комнатных температурах, при низких же температурах, порядка азотных (77° К), характеристики фотомагнитного приемника уступают характеристикам ИК приемников, действие которых основано на фотопроводимости и фотовольтаическом эффекте. Меньшее практическое значение имеет фотомагнитный ИХ приемник из InAs.

 

Реализации эффекта

В результате действия магнитного поля на замкнутый циркулирующий ток в образце, когда направления H и диффузионного потока избыточных носителей при освещении образца не перпендикулярны друг другу, в направлении проекции H на плоскость образца (bb, рисунок 1) возникает фотоэдс, не меняющая знака при изменении направления H на противоположное (чётный эффект, Кикоин, 1934).

Возникновение фотоэдс
Возникновение фотоэдс
Рис. 1

Неоднородность плотности тока приводит на некороткозамкнутом образце к циркуляции тока ( ): ток вблизи освещаемой поверхности течёт в одну сторону, а в глубине – в противоположную сторону. В образце с разомкнутыми контактами полный ток, протекающий через всё сечение, равен 0. Наличие замкнутого циркулирующего тока в полупроводнике было доказано экспериментально: насаженный на остриё иглы цилиндрический образец из Ge при освещении в магнитном поле непрерывно вращался вокруг оси (рисунок 1).
Опыт с образцом Ge
Опыт с образцом Ge
Рис. 1

Литература

1. Равич Ю. И., «Фотомагнитный эффект в полупроводниках и его применение», 1972.

2. Амброзяк С., «Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов», 1973.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина