2014-01-25
905
ФОТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ
ЛЕКЦИЯ 13. ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Внутренний фотоэффект – это процесс ионизации атомов полупроводника под действием света, приводящий к образованию добавочных, неравновесных носителей заряда. Добавочную проводимость, обусловленную внутренним фотоэффектом, называют фотопроводимостью.
 |
На рис. 1 изображены уровни энергии дна зоны проводимости W c и верха валентной зоны W v в собственном полупроводнике. Ширина запрещенной зоны Δ W = W c − W v. Если энергия кванта света hν ≥ ∆ W, где h = 6.626∙10–34 Дж∙с – постоянная Планка, ν – частота, то возможно собственное поглощение, при котором электрон из валентной зоны переходит в зону проводимости. В результате собственного поглощения происходит образование пары свободных носителей заряда – электрона и дырки.
Существуют правила отбора при фотоэлектрических переходах из одной энергетической зоны в другую. По закону сохранения импульса, свободный электрон и дырка должны иметь в момент образования равные импульсы. Импульсом поглощаемого фотона p = h /λ ввиду его малости можно пренебречь.
Энергия и импульс свободного электрона измеряются вверх от нижнего уровня дна зоны проводимости W c. Энергия и импульс дырки измеряются вниз от верхнего уровня валентной зоны W v. Таким образом, при образовании пары электрон-дырка, свободный электрон и дырка должны занимать уровни, симметричные относительно соответствующих границ зон (рис. 1).
Энергия кванта, необходимая для перехода с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости hν порог = Δ W, определяет пороговую длину волны (красную границу) фотоэффекта λ порог = c / ν порог = hc /Δ W. При поглощении фотонов с λ < λ порог происходит переход электронов с более низких уровней валентной зоны на более высокие уровни зоны проводимости.
При длинах волн, больших граничной, энергия фотонов недостаточна для образования электроно-дырочных пар. Однако оптическое поглощение все же происходит, поскольку фотоны могут поглощаться имеющимися в полупроводнике собственными носителями заряда – электронами и дырками. В полупроводниках с большой концентрацией примесей и при очень низких температурах (при которых примеси термически не ионизированы) наблюдается поглощение при больших длинах волн, соответствующих энергиям ионизации донорных и акцепторных примесей.
