Фотопроводимость полупроводников

До сих пор мы рассматривали возникновение свободных носите­лей заряда под влиянием тепловой энергии. Перевод электрона в свободное состояние или образование дырки может осуществляться также под воздействием света.

Энергия падающего на полупроводник света передается электро­нам. При этом энергия, передаваемая каждому электрону, зависит от частоты световых колебаний и не зависит от яркости света (силы света). C увеличением яркости света возрастает число поглощающих свет электронов, но не энергия, получаемая каждым из них. Следу­ет заметить, что энергия фотона определяется выражением

E_{ф =} hv = 1,23/λ, (10.13)

где h – постоянная Планка; v – частота световых колебаний; λ – длина волны падающего света, выражаемая в микрометрах.

Для каждого определенного полупроводника должна существо­вать пороговая длина волны, определяемая энергией кванта, достаточной для возбуждения электрона с самого верхнего уровня ва­лентной зоны на самый нижний уровень зоны проводимости, т. е. равна ширине запрещенной зоны, которую можно определить экстраполировав круто падающую кривую в длин­новолновой области до пересечения с осью абсцисс.

Фотопроводимость полупроводника определяется как разность удельной электропроводности при освещении и в темноте:

σ_ф= σ_св –σ_Т. (10.14)

Темповая электропроводность определяется уже известной фор­мулой:

σ_Т =pnµ_n. (10.15)

Электропроводность полупроводника при действии на него света:

σ_св =q(n+Δn)µ_n. (10.16)

где Δn –дополнительное число электронов, образовавшихся в по­лупроводнике вследствие облучения его светом. Таким образом, фотопроводимость будет

σ_ф=qΔn µ_n. (10.17)

Освобожденные светом электроны находятся в зоне проводимо­сти очень короткое время 10^-3-10^-7с. При отсутствии внешнего электрического поля они хаотически перемещаются в междуатом­ных промежутках. Когда к кристаллу приложена разность по­тенциалов, они участвуют в электропроводности.

После окончания освещения образца электроны переходят на более низкие энергетические уровни – примесные или в валент­ную зону. При непрерывном освещении полупроводника устанавли­вается динамическое равновесие между образующимися дополни­тельными (неравновесными) носителями и уходящими на нижние уровни, т. е. устанавливается динамическое равновесие между про­цессами генерации носителей заряда и рекомбинацией их.

С понижением температуры уменьшается темновая проводимость служащая фоном, на котором появляется фотопроводимость, а по­этому роль фотопроводимости возрастает. Кроме того, увеличивает­ся и абсолютное значение фотопроводимости. Это можно объяснить тем, что с уменьшением концентрации тепловых носителей заряда уменьшается вероятность рекомбинации фотоносителей заряда.