Законы теплового излучения Фотоэффект Квантовый гармонический осциллятор Операторы энергий Ядерная  модель атома Спин  электрона Квантовые  генераторы Бозоны  и фермионы Зонная  теория твёрдых тел Электропроводимость  металлов


Курс лекций по физике

Фотопроводимость  полупроводников.

Фотопроводимость полупроводников – это электрическая проводимость, возбуждённая электромагнитным излучением за счёт обусловленного действием света перераспределением электронов по энергетическим уровням.

Фотопроводимость обусловлена внутренним фотоэффектом. В полупроводнике под действием света образуются дополнительные неравновесные носители тока.

Общая удельная электрическая проводимость полупроводника

 , где

 темновая удельная электрическая проводимость;

 удельная электрическая фотопроводимость.

У собственного беспримесного полупроводника фотон с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны  переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара – электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Полупроводниковые тепловые элементы. Принцип работы полупроводниковых тепловых элементов аналогичен работе полупроводниковых солнечных элементов с тем отличием, что в области р-п-перехода пары электрон- дырка образуются за счёт его нагрева.

 , где

 число пар неравновесных носителей – электронов и дырок,  генерируемых светом в единице объёма полупроводника за 1 с ;

и  среднее время жизни электронов и дырок.

В примесных донорных и акцепторных полупроводниках электроны под действием света могут переходить из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

Требование к энергии фотона  , где  энергия активации соответствующей проводимости, означает, что существует красная граница внутреннего фотоэффекта

Для собственной проводимости полупроводника при   получаем нм, что соответствует жёлтому свету.

Видимый и ультрафиолетовый свет может вызвать фотопроводимость не только полупроводников, но и диэлектриков, у которых  > 2 эВ.

У примесных полупроводников энергия активации проводимости ~ 0,01 – 0,1 эВ и  м, что соответствует инфрокрасной области света.

На внутреннем фотоэффекте основано действие фотосопротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. В видимой части спектра применяются фотосопротивления , изготовленные из сернистого кадмия CdS. Фотосопротивления из PbS, PbSe, PbTe , InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения (Sb – сурьма)

Световая чувствительность  (мА/лм) у полупроводниковых фотосопротивлений приблизительно в 100000 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.

В области р-п перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-ЭДС).

Сплошная кривая – ход

потенциальной энергии электронов

в (р-п)-переходе.

 Штриховая кривая – ход

  потенциальной энергии дырок

в (р-п)-переходе.

Неосновные для данной области носители (электроны в р-области и дырки в п-области), возникшие под действием света, беспрепятственно проходят через переход. В результате в р-области накапливается избыточный положительный заряд, а в п-области – избыточный отрицательный. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которое и представляет собой фото-ЭДС. Если подключить кристалл с (р-п)-переходом к внешней нагрузке, то в ней будет течь ток. На этом основано действие фотометров и солнечных батарей.


Собственная и примесная  проводимость полупроводников