Kittel-Ch-Vvedenie-v-fiziku-tverdogo-tela (1239153), страница 119
Текст из файла (страница 119)
Это и есть первый предельный случай, когда пе « У, и мы вместо (18.31) имеем: по = ЦЛМ. (18.32) Следовательно, фототок прямо пропорционален освещенности (-~). Второй предельный случай соответствует высоким уровням освешенпости, когда по » Л', тогда получим: по = (ЦА) *. Эта формула точно совпадает с формулой (18,20), полученной ранее при рассмотрении модели без ловушек. Имеющиеся экспериментальные данные показывают, что наблюдаемая зависимость фотопроводимости от освещенности примерно соответствует приведенным выше соотношениям. Поведение системы после выключения источника света опвсывается уравнением (18.30) прп Б = 0: (18.33) При У » ач решение (18.33) принимает впд и =- и, схр ( — МЛ~); следовательно, время, необходимое для ослабления сигназв е раз по сравнению с его начальным значением, равно 1а = 1/Л'Л.
(18.34] Эта величина уже опредслспно отлн.астся от результата (18.24), полученного ранее для случая отсутстю л ловушек. Отсюта видно, что налично логушек, учтенное в рассхптрнвасмой м ь дслп, уменьшает проводимость и снижает постоянную арс;.;. Наша модель может бьть улучшена, если принять ао ., „- мание процессы освобождения ловушек. В этом случае п, икается, ьак и наблюдалось, что постоянная времени значительно больше, чем время жизни носителей. Более подробные сведения читатель найдет в книге Роуза (48). 11ростраиствениый заряд, или поляризационные эффск гы. Когда освещенность кристалла является неоднородноп по объему илн когда электроды не могут обеспечивать свобод.юе поступление и удаление носителей заряда, то может образоваться пространственный заряд, который может значительно снизить фототок.
Пусть, например, напряжение, приложенное к кристаллу, равно 300 В, причем кристалл представляет собой пластинку толщиной 1 см. Предположим, что электроды пе имеют должного контакта с кристаллом. Электрическое поле такой величины эквивалентно полю, создаваемому зарядами на противоположных гранях кристалла, распределенными с плотностью 2 10' носителей заряда па ! смз. Как только плотность заряда, скопившегося на поверхностях кристалла, достигнет определенной величины, ток прекратится, так мак электрическое поле поверхностных зарядов ском. пенсирует поле, приложенное к элек.родам.
Заметим, что величины токов в времена соответствующих процессов в рассматриваемом явлении относительно невелики. Такого рода поляризацпонные эффекты являются основной трудностью для 652 неннлн' Гснннс ннннан- н,, ГГ нинесннн Х лннннненсгнн Рис. 18.Сом При1пп|ппалк пап схема иристслля ~е. ского с ~ес пняа. экспериментаторов, занимающихся измерением фсмопроводпмостп. Для уменьшения влияния пространственного заряда часто используются импульсные методы. Кристаллический счетчик является полезным прибором для изучения пода нкности носителей тока в кристаллах и процессов, связанных с действием ловушек. Кристаллические счетчики. Крпсгаллпчсскпй счетчпк— это прибор для регистрации отдельных ионизирующих часлпц путем измерения импульса проводимости, вызываемого прохожденисм частицы через кристалличсск)чо пластгшку.
Первый кристаллический счстчнк применялся д.;.я регистрации бета-лучей, проходящих через кристалл хлорнсзого серебра. Принципиальная схема крнсталли ~еского счет шкз показана па рис. !8.21. Х)ехзинзм счета вссьма прост: носители заряда, образован. пыс под действием ионизнрукнцей частицы, дрейфуют по кристаллу под действием внешнего электрического поля до тех пор, пока не достигнут электродов плп пока пе будут захвачены ловушками. Результирующее перемещение заряда будет индуцнровзть на электродах заряд соответствующей величины.
Сигнал на электродах затем усиливается. Теперь рассмотрим конкретный пример регистрации альфачзстип и проанализируем форму и величину импульса напряжения, вызываемого альфа-частпцей. Длина пробега в кристалле а частицы пз какого-либо естественно-радиоактивного ядрз обычно очень мала — порядка 1О з см.
Предположим, что я-частица, проникшая в кристалл через отрицательный электрод и почти сразу остановившаяся, создала и свободных электронов. Вклад в сигнал, обусловленный дырочным током, будем считать пренебрезкимо малым, так как дырки сразу подавляются катодом, вблизи которого они образовались; таким образом, дырки перемещаются на меньшее расстояние по сравнению с электронами. Электрон, иереместившийся в кристалле на расстояние х, индупнрует на электродах заряд Я = ех!с), где с( — толщина кристалла. Электроны, дрейфующие по направлен)по к аноду, будут по пути захватываться ловушками. Если среднее время до момента захвата равно Т, то (18.35) п = паехр ( — ЦТ) = по ехр ( — х)РЕТ), 653 ~„дб ф Рис. 18.22. Заряд, наведенный на электродах в результате действия и-частиц, падагощих иа кристаллический счетчик, как функция отношения длины пробега электронов проводимости б к толщине кристалла и.
О Д 8 У/а' так как х = ИЕ1, где р — подвижность, а Š— напряженность электрического поля. Число захватов в интервале дх на пути х равно ~п=~х "гг ехр( —;т) Полный заряд, образующийся на обкладках, равен еГ, иее ( / х / Я = — зт х с1п = , зт х ехр 1ч — — ) сух + пее ехр 1х — —.. 3 диет з 1, иет1 ,Дт) о (18.36) Второй член в правой части этого выражения обусловлен электронамн, которые прошли весь путь в кристалле и достигли анода. Интегрирование дает суммарную величину заряда: гз — "с~и 11 -щплтг1 Величина б = 1хЕТ называется пробегом носителей.
Зависимость суммарного заряда Я от отношения 6/гу изображена графически на рнс. 18.22. Нетрудно заметить, что если измерить время нарастания, то мы сможем определить Т, а измерение высоты импульса дает б = НЕТ; комбинируя подученные результаты, мы можем определить подвижность.
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Под люмннесценцией подразумевается, вообще говоря, поглощение веществом энергии и ее последующее испускание в виде излучения в видимой области спектра или близкой к ней, Начальное возбуждение может быть вызвано облучением светом, бомбардировкой электронами или положительными ионами, механическими деформациями, химическими воздействиями или вагреванием. Если излучение происходит уже во время возбуждения иль в пределах менее 10 †' сек после возбуждения, то такое явление называют обычно г1злуоресценцией. Интервал, равный 10 — а сек, 654 выбран потому, что по порядку величины он соответствует времени жизни возбужденных атомных состояний, которые связаны с разрешенными электрическими дипольными переходами, обусловливающими излучение в видимой области спектра.
Если испускание света прекращается спустя некоторое время после возбуждения, то процесс называется фосфоресценцией или послесвечение.и. Порядок величины периода послесвечения может быть весьма различным: от 10 ' сек до нескольких часов. Твердые кристаллические ветцества, обладаюзцие люмпиесцситными свойствами, называют обычно фосфорами. Большинство твердых тел, обладающих люминесцентными свойствами, проявляет их очень слабо, так как доля псреходн.
тцей в излучение энергии, ранее поглощенной телом в той или иной форме, очень мала. Способность данного вещества к эффективной люминесценции связана чаще всего с наличием активаторов — ионов, которые присутствуют в кристалле в виде специальных примесей, обычно в очень небольшом количестве. Кри. сталлы, обладающие люминесцентиыми свойствами, можно разделить на два класса: первый — фотопроводники, типичным примером которых служит сернистый цинк (lп8), активироваиный медью, и второй — кристаллы, в которых процессы люминесценции не связаны с возможным наличием фотопроводимости. Хлористый калий, активирвванный таллнем.
Фосфбры на основе галогенидов щелочных металлов были тщательно исследованы '); они могут служить хорошим примером фосфоров, нг обладающих фотопроводимостью. Фосфбр КС1: Т! представляет собой ионную решетку, в которой приблизительно 0,01Ъ или менее узлов, занятых в чистом КС! ионами К', занимают ионы Т!'.
Оптическое поглощение чистых кристаллов КС! (рис. 18.8) начинается при 1650 А и простирается далее в облас~ь более коротких длин волн. Введение ионов таллия приводит к образованию двух полос поглощения с центрами при 1960 и 2490 А (соответствующие кривые для интенсивности имеют обычную ко. локолообразную форму); кроме того, появляется еще широкая полоса испускания с центром примерно при 3050 А. Все эти полосы связаны с возбужденными состояниями ионов таллия. Основное состояние иона Т!' есть состояние '5а при электронной конфигурации бва (спины двух в-электронов антипараллельны).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
