Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Фотоэлектрические свойства полупроводников основаны на внутреннем фотоэлектрическом эффекте – изменении электропроводности полупроводника, обусловленном непосредственным действием излучения.

Наибольшее практическое значение имеет фотоэффект в областях А и В спектральной зависимости коэффициента оптического поглощения (прошлая лекция). Как мы знаем, при поглощении кванта света в этих случаях генерируется пара электрон – дырка. Следовательно, изменение электропроводности полупроводника вызывается изменением концентрации носителей заряда вследствие поглощения квантов света. Тогда мы можем записать:

темновая проводимость (проводимость без освещения):

σ_т = eμ_nn + eμ_pp

фотопроводимость (проводимость, вызванная освещением):

σ_ф = eμ_nΔn + eμ_pΔp (11)

полная проводимость полупроводника при освещении:

σ = σ_т + σ_ф = eμ_n(n + Δn) + eμ_p(p + Δp). (12)

Изменение концентрации носителей заряда во времени определяется уравнением непрерывности:

для электронов: ∂n/∂t = - div(j_n/e) + G_n – Δn/τ_n (13)

ток ген-ия реком-ия

где: G_n – скорость генерации электронов;

Δn – избыточная концентрация носителей заряда;

j_n - плотность тока.

Для дырок – аналогичное уравнение.

Если через полупроводник не протекает ток (j_n = 0), то:

∂n/∂t = G_n – Δn/τ_n (14).

А в стационарном случае (∂n/∂t = 0), имеем:

G_n = Δn/τ_n.

Тогда избыточная концентрация носителей заряда в стационарном случае будет равна:

Δn = G_n/τ_n. (15)

Скорость генерации при освещении полупроводника определяется количеством фотонов, при поглощении которых образовались свободные носители заряда:

G_n = F·α·η (эта) (16)

где: F – поток фотонов, проникших в образец (без учета отражения F=F₀(1-R)

α – коэффициент оптического поглощения;

η – квантовый выход, представляющий собой отношение числа генерированных свободных носителей заряда к числу поглощенных квантов света.

С учетом выражения для скорости генерации избыточная концентрация электронов будет равна:

Δn = F·α·η·τ (17),

а плотность тока, вызванного этими носителями заряда можно записать в виде:

j_ф = e·Δn·V = e·Δn·μ·E = e·F·α·η·τ·μ·E, (18)

где: V – скорость движения носителей заряда,

Е – напряженность электрического поля.

С другой стороны, мы можем записать плотность тока исходя из закона Ома:

j_ф = σ_ф · E. (19)

Приравняв выражения (18) и (19), мы получим выражение для фотопроводимости (проводимости, вызванной фотогенерированными носителями заряда):

σ_ф = e·F·α·η·τ·μ. (20)

η·τ·μ

И з эксперимента известно, что произведение η·τ·μ слабо зависит от энергии фотонов в широком интервале энергий. Поэтому при анализе спектральных зависимостей фотопроводимости выражение (20) часто записывают в виде:

0.1Е_опт 2Е_опт hω σ_ф = const·α·F. (21)

Как следует из выражения (20), стационарная фотопроводимость зависит от четырех факторов:

1. От интенсивности падающего излучения:σ_ф = f (F).

2. От спектральной характеристики излучения: σ_ф = f (α), α = f (λ).

3. От температуры: σ_ф = f (α,μ,τ), α,μ,τ = f (T).

4. От напряженности электрического поля в образце: σ_ф = f (η), а квантовый выход η = f (E).

Рассмотрим эти зависимости.

Зависимость от интенсивности светового потока

Эксперимент показывает, что при малых интенсивностях излучения фототок (а, следовательно, и фотопроводимость) прямо пропорциональны интенсивности излучения (потоку фотонов), как следует из выражения (20).

Однако при высоких интенсивностях светового потока рассматриваемая зависимость отклоняется от линейной и приобретает вид:

σ_ф = А·Fⁿ, (22)

г де n = 0,5 – 1,0. lgI_ф

С оответственно, зависимость фототока n<1

от потока фотонов в двойном логарифмическом

масштабе имеет следующий вид: n=1

lg F

Почему же при высоких интенсивностях

светового потока перестает выполняться полученное нами выражение для фотопроводимости?

Дело в том, что при высоких интенсивностях светового потока концентрация фотогенерированных носителей заряда становится достаточно большой (существенно больше концентрации равновесных, «темновых» носителей заряда Δn >> n). Это приводит к увеличению скорости рекомбинации фотогенерированных носителей заряда и к снижению, вследствие этого, их времени жизни. Таким образом, в выражении (20) (σ_ф = e·F·α·η·τ·μ) время жизни носителей заряда также становится функцией светового потока τ = f (F). Этим и объясняется отклонение рассматриваемой зависимости от линейного закона.

λ Зависимость от длины волны излучения

l gα lgσ_ф

Экспериментальная зависимость

фотопроводимости от длины волны

излучения (или от энергии квантов)

выглядит следующим образом. На этом

же рисунке я изобразил спектральную

зависимость коэффициента оптического

поглощения. Как видно из рисунка,

зависимость lgσ_ф(hω) можно разделить

на два участка.

hω В области малых энергий фотонов

(в области оптической ширины запрещенной зоны) зависимость фотопроводимости от длины волны излучения повторяет спектральную зависимость коэффициента оптического поглощения α(λ), что находится в соответствии с выражением (20).

Однако, при некотором значении коэффициента оптического поглощения α все фотоны поглощаются в образце. Поэтому рост фотопроводимости при дальнейшем увеличении энергии фотонов прекращается, несмотря на увеличение коэффициента оптического поглощения. При этом разумно было бы предположить, что фотопроводимость должна оставаться постоянной с увеличением энергии фотонов (пунктирная линия на рисунке). Однако, с ростом энергии фотонов фотопроводимость падает!

С чем связано уменьшение фотопроводимости при больших энергиях фотонов?

Чем больше энергия фотона, тем больше его коэффициент

hω₁ поглощения. Следовательно, тем ближе к поверхности этот

hω₂ фотон поглотится. Таким образом, фотоны с большой

hω₃ энергией будут поглощаться у самой поверхности образца.

Но поверхность – это высокая концентрация дефектов.

ω₃>ω₂>ω₁ Поэтому у носителей заряда, образовавшихся у поверхности, вероятность рекомбинации существенно выше. Эта рекомбинация на поверхностных дефектах и приводит к уменьшению фотопроводимости.

Надо отметить, что рассмотренный эффект сильнее проявляется в кристаллах, где концентрация дефектов в объеме существенно меньше, по сравнению с некристаллическими полупроводниками.

Зависимость от температуры

Как следует из формулы (20) (s_ф = е F a h t m), температурная зависимость фотопроводимости определяется температурными зависимостями:

• коэффициента оптического поглощения a (ширина запрещенной зоны);

• времени жизни носителей заряда t;

• подвижности носителей заряда m .

П ричем, если в образце присутствует сильное электрическое поле, что, как правило, реализуется в приборах, мы должны рассматривать дрейфовую подвижность m _д. lg m_д lg s_ф

Из перечисленных выше параметров

наиболее сильную зависимость от

температуры имеет дрейфовая подвижность-

она растет с увеличением температуры:

В этой ситуации естественно, что

температурная зависимость

ф отопроводимости определяется

температурной зависимостью дрейфовой 1/Т

подвижности, то есть фотопроводимость также растет с увеличением температуры.

Действительно, такой вид зависимости s_ф (Т) наблюдается в ряде некристаллических полупроводников, например, в гидрогенизированном аморфном кремнии.

В месте с тем, во многих некристаллических полупроводниках, например, в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, температурная зависимость фотопроводимости принципиально отличается от приведенной выше и имеет следующий вид: lg s

Здесь s_т – темновая проводимость.

На первом участке, где фотопроводимость

по абсолютной величине превышает темновую

проводимость (s_ф > s_т ), фотопроводимость растет

с увеличением температуры также как и в первом

случае. Однако, когда темновая проводимость

становится больше фотопроводимости (s_т > s_ф),

фотопроводимость падает с ростом температуры.

Для того, чтобы понять эти различия

в спомним, какие параметры определяют

температурную зависимость фотопроводимости: 1/Т

a , m , t = f (T).

Температурную зависимость дрейфовой подвижности мы уже учли.

Температурная зависимость коэффициента оптического поглощения α определяется температурной зависимостью ширины запрещенной зоны. Характер этой зависимости одинаков для всех полупроводников: с увеличением температуры ширина запрещенной зоны уменьшается. Следовательно, коэффициент оптического поглощения (в области края фундаментального поглощения – область В) с увеличением температуры увеличивается. Таким образом, объяснить уменьшение фотопроводимости с ростом температуры на основе этой зависимости не представляется возможным.

Остается температурная зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда.

Время жизни неравновесных носителей заряда определяется вероятностью или скоростью их рекомбинации. В некристаллических полупроводниках рекомбинация носителей заряда, как правило, происходит через ловушки (локализованные состояния в области середины запрещенной зоны, концентрация которых достаточно велика). Следовательно, скорость

Е рекомбинации (и время жизни носителей

заряда) определяется концентрацией

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций