лекция по пра, страница 3

Прк вычислении предполагалось что дл нн ннноволповая прк 6,2 жк (Ь» = 0,2 р ц тппрозрачяостп,обуславлеяпая колебаниямнрешеткн, е н,л жпт р, . (Ь»н = 0,2 эб), а толщина полупроводника равна 50 мл Р . ° друг од другам помещены графики, относящиеся к полупроводникам, различающнмся только шнрпвой аапрещепной зоны Еа,б, а в го.

ркзонтальном ряду.— различающимся лишь скоростью 5 нзмененпя шпркны запрещенной завы прп нагревании. Самая верхняя кривая па каж.дом графпке описывает полупроводник, имеющий подвижность свободных носителей заряда р = 20 слое сбк, дзе средине — полупроводник с 1в = 2 смв/е »ек (онк различаются концептрацнеп примесей: верхняя относится к концентрации 10вт бм ', а ишкняя — к 10'в »ж '), пукктяр дает тшшерзтурную вази»впасть эффективности абсолютна' черного тела. Как видно яз рпсункз, по мере узелпченкл ширины запрещенной зоны максвмум эффектпзностк смещается в сторону более высоккх температур к»тзпозктся нсе йолс» острым, а величина максимальной эффект фф напасти .лк' » стает.

При этом, однако, прн достаточно пкзкой тпмйерату » ч ияе шнрзиы напр»щенной зоны приводит пе к эозрастаякю, а к сккзкекню пффектмзностк. Отсюда вытекает, что длп каждой рабочей теваикю- Рнс 2 Взюппм тплпжвш твлв кпквлв кв твмкврвтуриую зввнсзмпсть вго вф4мнтпвкпстк цнэрм т нрнвмв справа — чвмцннв чвнв нвньчв в мпирвпвн, впвввнвпцвнчрвццн. Вчрзанвнвнвз вчрмм нвй пчмвччнв чвмпврвтям, нрн нв.

торой грвпнцв области нрвврвчнпнвп впвнвнввт с грамцчй внннмвй н ннэрвнрввпвй частей епчнтрв Рзб. 3. Взкнннп пелпжппцн дазвпоппзкоэой грвющм обпвпги нрпврпчкестн зп тевшпрвтурэую зависимость зффвнтзвнбстк полупроводникового тела пвкплв ЦПФРм у нрввмв — ввпнчннв в н ввцв — я йбн чм-,б — я !б"ввг'. Гпрпчпвчвнвнпн прнмвпмвнвпмвввпвв вввмпмнвп вэечннввпвпвв черного тела Рпс. 4. Твмкпрптурнвн звзнснмпагь эффвнтцнкостя пппупрпнпдннкозпгп тела прк япдвюннпстн 20»м%.вчп абвмичвнпп, нвн нв рнв. Х н В туры при прочих разных условиях существует своа октамальизя шяряиа запрещенной зовы.

Происходит это во следующей причине. При слишком большой пшриие аапрещеиной зоны коротковолновая граница области прозрачности не успевает еще ври рабочей температуре дойти до границы видимой и инфракрасной частей спектра (см. ркс. 1, а), з результате уменьшается мощность впдкмого излучения прк неизменной мощности инфракрасного. При слишком малой кп1ркне запрещенной воны, наоборот, сильное поглощение заходит при рабочей температуре далеко в инфракрасную область (см. рпс. 1, в). Это приводит к усилению инфракрасного налучения при неизменном видимом. И в том и з другом случае отношение мощности вкдимого к мощности инфракрасного излучения уменьшается, т. е. Снижается эффективность.

К тому «ке результату приводит рост поглощении свободнымн носителями заряда. Поэтому в некоторых случаях спад эффективности начинается даже раньше того, как коротковолновая граница прозрачности достигнет инфракрасной об1ласги спектра (иа ркс.

5 эта температура отмечена эертикальнымн стрелками з тех случаях, когда соответствующая точка леяспг в пределах графика). Заметим, что роль поглощения свободпымп носителями заряда может быть умекыоена, если умопыянть толщину пластинки полупроводника. Однако при атом может уменьшиться и поглогцателькая способность, обусловленная собственным поглощением, связанным с меи1зонвымя переходамп. Зто произойдет„например, если втн переходы непрямые или запрещенные, так как обусловленное пми поглощение невелико — того же порядка, что и коглощенке свободными электронами. Поэтому желательно использовать такой полупроводник, у которого край собственного поглощения обусловлен прямыми рззрешовнымн переходаыв, в атом случае этот край будет наиболее резким. Влияние )1 на температурную зависимость эффективности можно проследить„ сравнивая графики рис.

5, каходящиеся в одном горнзоптальвом ряду. Как видно, уменьшение ~) приводит к таким м1е результатам, гго и увеличение Ьо,з Таким образом, прн постоянном Ео, для каждой рабочей температурй существует своя оптимальная величина скорости изменения ширины занрещеввой зоны с темперагурон. Причина этого та же, что и в предыдущем случае. Итак, при некотором благоприятном соотношения шкряяы запрещенной воны и скорости ее изменения н не слишком суровых требованиях к остальнымпараметрамполупроводника эффективность полупроводникового тела яакала может быть весьма высокой уже при температуре з 2400— 2600' К и может даже превзойтв зффекп1вность абсолютно черного тела при его оптимальной температуре, т.

е. прк 6500 — 7000' К. Получить иа опыте необходимое соотяошевке свойств, по-видимому, возможно, так как мы мо1кем выбирать не только химический состав вещества для тела накала, ио и его кристаллическую модификацию, подходящую по ширине запрещенной зоны. У З1С, например, кззестпо несколько десятков политиков гексагональной модификации, различающихся по ширине запрещениои зоны в пределах почтя в 1 эв '. Могут оказаться пригодными к другие соединения1 некоторые сульфвды редкоземельных элементов, двуокиси титана и торпа к др.

Пока что никто их с этой точки зрения ве исследовал. в к р~~ И,„. ° сэвго сз1ииком зэззко погзоииззе сиооолэыма ззезтраэамз. Однако ззсэернмеатзю.- змх ла1вмх отзосктельзо пэфрззрзсэого яогзощеяаз ыс зря высокой тсмзерзтгро » этой Огзтье зе Оэззолагсл, а рзсчетм, зыаоззезнмг азиз зо нгзпеаеиемм з 1юа формулам. гозорзт Об обратзом, т. е. Ого погзощеэне сзободнымз ззезттоэамз Г еего зе лозисэо быть сзазжом аеззко. Окьечатгзьна рззрьюэть этот вопрос мозно лшпь мзагезьео пестазаышмй ззспь1ьтзе30.

Ол1 01 ю роль в Ормнроэа пни , еьтра поглощательпои способное " ОЛЬ У ла может сыграть введение специальных полуп озодиикозого тела пака П кчие и имеси в полупроводнике может повлиять назффекп ихо итси на обтввность, Осли поглощение, вызванное этой примесью, пр .

д ласть прозрачности. ри . П этом если полоса поглощения примеси расположена в видимо а ласт й б и вблкаи края поглощения основного вещества, то при нагревании она уде б т смещаться примерно так н10 (Обычно несколько медленнее, как край по глощення основного вещества. В оптическом отазнозначно как бы уменыненпю ширкны аапрещеннон воны ношении это разнозна со всемв вытекающими отсюда последствиями. Введение т р такой п имеси может быть полезно. С другои стороны, ес , если полоса иоглощенпя примеси леясит в нн ракраской области, то эта примесь можот лишь уменьшить эффективность. Наличие такои прпмеск, к с оптической точки зрения, нея1елательно, однако, как будет выяснено в дальнейшем, наличие некоторых примесей все же необходимо.для улучшения'электрических характеристнк тела накала. Положение полосы поглощения примеси обычно определяется тем, где асположен энергетический уровень, вносимый этой р " П ПМЕСЬЮ В Заи ОЩЕН- ра ную зону полупроводника.

Например, если уро, д вень, соз анный донорнои , ожен близко к валентной зоне, то поглощение, вызванпрпмесью, расположен лиз огло ения чистого полукое этой примесью, будет лен1ать вблизи края поглоще я проводника. Если я1е этот уровень мелкий, т. е. р асположен вблизи эоны б проводимости, то связанная с атой примесь сью полоса поглощения удет расположена в более или менее далокои инфр р ак асной области.

Как показывает расчет, примеси, полоса поглощения ' р ното ых лежит при длинах , б 9 — 10 мк незначительно снижают эффективность полу- волн, ольших — к, г света. Наиболее вредны и оводника как теплового источника видимого света. р авена па гл бине 1 — 0,5 ав от те примеси, которые вносят донорныи ур зоны п оводимостя, так как с оответстзующее поглощение приходятся иа ела т часть ин акрасноп о ласти, фр 1, " б с и где пзлучение абсояютно черного т особенно велико.

Все рассуждения, п У ия, проведенные относительно донорных о отношению к акцепторным, только по ол уровней, можно повторить и по о жение овня следует отсчитывать от верха валентнон эоны. ур е на влияяии подвижности носителеи заряда н фа з Остановимся еще на влип . 5, вличение подвижности фективность тел ла накала.

Как видно из рис., ув эффективность тела накала. прк рабоче" . р й темпе атуре заметно повышает э глощенпя свободными носителя- '.)го про д исхо нт благодаря снижению поглощения б лупроводник с преобладающими ми. озтому желательно вы ирать полуп таких полупроводников подвижность ЬОЗапектиЫМИ СВЯЗЯМП, таК КаК У таККХ ПО "бь1~~~ бывает вьппш . х-л о т дяостей. Иначе обстоит дело с пластинкои пе представляет неких-либо ру~жмт~ О Ого че ез него тока что в св010 Очередь вызывает увеличение проходящего через и го т величенпю дя1оулева тепла, а следовательно,и к призоднт к увеличению опять вызывает увелиценне тока и му повышению темп р тур е а .

ы, которое опя м полупровйднпк может т. д. Поэтому, в ообще говоря, нагреваемыи током оказаться в у не стойчивом состоянии. б д 1мо последовательно с полупроводДля стабиляз ц р а кп наг ева ноо ходнмо п ником включит ть балластное сопротивление. т . В этом отношении прохождеравряд в газе, где тонсе для стак . , б лластное сопротивление. Необхо,еэ пол и оводник напоминает рав — 0 ин кз самых существенных недостатка п пходится вкл1очать алластное д пмость в балластном дросселе — один кз сам ков люминесцентных ламп. 9 т!, Окая. ы М грлл г;х ива иоп гпзт г;к Х рве.