EFECT FOTOGALVANIC (efect fotovoltaic) - aspectul electric. curent atunci când iluminat eșantion-semiconductor sau dielectric. inclus într-un circuit închis (fotocurent) sau apariția emf pe proba iluminată cu o deschidere externă. lanț (foto-emf). Există două tipuri de F. e.
FE a primului tip apare numai atunci când lumina generează simultan purtătoare mobile ale ambelor semne (electroni și găuri) și se datorează separării acestor purtători în spațiu (primul tip de efect fotovoltaic, vezi mai jos). Separarea este cauzată fie de neomogenitatea probei (rolul neomogenității poate fi jucat de suprafață), fie de neomogenitatea iluminării (iluminarea unei părți a eșantionului sau absorbția luminii la suprafață). Apariția emf-ului sub iluminare eterogenă poate fi cauzată și de "încălzirea" electronilor prin lumină. Acest mecanism este similar cu cel termoelectric "obișnuit". efect (a se vedea fenomenele termoelectrice) și poate fi semnificativ atât pentru absorbția interbandă, cât și pentru absorbția intrabandă.
Pentru F.E. legate de separarea spațială a transportatorilor, sunt: 1) efect Dember - apare atunci când eșantionul nu este luminat uniform datorită diferenței coeficientului. difuzia de electroni și găuri. Poate să apară și sub o iluminare uniformă datorită diferențelor în ratele de recombinare de suprafață pe fețele opuse ale eșantionului (vezi starea suprafeței).
2) V exilnaya (baryerina) eds - se formează ca rezultat al separării electronilor și găurilor de electricitate. câmpul barierului Schottky din apropierea electrodului la contactul metalic-semiconductor. câmpul joncțiunii pn sau o heterojuncție. Figura 1 prezintă schematic separarea perechilor care are loc atunci când o joncțiune pn este iluminată. Contribuția la curent este dată atât de purtătorii generați direct în regiunea joncțiunii pn și excitați în regiunile apropiate de electrod și ajungând la regiunea câmpului puternic prin difuzie. Ca urmare a separării perechilor, se formează un flux direct de electroni în regiunea n și se formează găuri în regiunea p. Când circuitul este deschis, EMF este creat în direcția înainte (înainte) a joncțiunii pn, care compensează acest curent.
Fig. 1. Separarea perechilor electron-găuri excitate de lumină pe joncțiunea pn.
Celulele foto pe intersecții pn sau heterojuncții sunt utilizate ca sensibilitate ridicată. receptoare de radiație redusă, precum și pentru conversia directă a energiei luminoase în energie electrică (a se vedea bateria solare). Când radiația este înregistrată, fotocelula este conectată direct la cea externă. Sarcina este fie comutată în serie cu sarcina externă. sursa care creează mijloacele p-n-joncțiune. offset în direcția de blocare. Acest lucru face posibilă îmbunătățirea semnificativă a sensibilității instrumentului.
Când iluminați izolatorul. suprafața semiconductorului datorată separării perechilor de câmpul barierului de lângă electrod și schimbarea încărcării pe capcanele de suprafață, modifică potențialul suprafeței. Se numește potențialul suprafeței iluminate. și schimbarea sa este o emf suprasaturată. Acesta din urmă poate fi măsurat printr-o metodă de condensator utilizând fie un electrod vibrator (metoda Kelvin), fie o iluminare intermitentă. Se măsoară modificarea diferenței de potențial de contact dintre suprafața semiconductorului și materialul metalic, măsurată în acest caz. electrodul include, în afară de suprafața emf (principala contribuție), și emful Dember care apare în regiunea superioară.
3) O b b e m n I o t o f e d c - divizare cauzate de perechi neomogenități purtătoare în volumul probei produsă prin schimbarea concentrației de dopant sau modificare chimică. compoziția semiconductorilor complexi. Motivul separării perechilor este așa-numitul. energie electrică în pământ. câmp. Acesta este creat ca urmare a unei schimbări în poziția nivelului Fermi, care depinde de concentrația impurității și de probele cu AC. Chem. compoziție, de asemenea, ca urmare a unei modificări a lățimii benzii interzise (în regiunea anizotropă a iazului).
Pentru apariția emf-ului în vrac, nu este necesară prezența regiunilor cu diferite tipuri de conductivitate în eșantion. De obicei, se observă emf volumetric atunci când este iluminat intern. o parte a eșantionului care conține câmpul încorporat, cu contacte întunecate. Volumul emf poate apărea și ca urmare a lipsei de compensare a emfului Dember la marginile opuse ale regiunii iluminate, cu o diferență în proprietățile semiconductorului în apropierea acestor limite.
4) P ro r o r ț io n a r o r e c a rt e (e) ) ef fct - apariția unui fotocurent sau a unui foto-emf atunci când eșantionul este deformat. Unul dintre mecanismele sale este apariția emf vrac la deformare neuniforme, ceea ce conduce la o modificare a parametrilor unui semiconductor, în special în eșantion. Un alt mecanism al feromagnetismului. este emf transversal al lui Dember, care apare sub deformare uniaxială, ceea ce provoacă anizotropia coeficienților. difuzia purtătorilor de sarcină. Ultimul mecanism naib. Este eficient pentru deformările semiconductoarelor multivale. conducând la redistribuirea transportatorilor între văi.
5) Energia electrică de înaltă tensiune (anormal) - apare sub iluminare neuniformă și se caracterizează prin faptul că energia electrică este alimentată de sistem. Câmpul este îndreptat de-a lungul suprafeței eșantionului, valoarea sa fiind proporțională. lungimea zonei iluminate. Spre deosebire de cea mai mare parte și poarta emf valoarea k ryh nu depășească lățimea benzii interzise, forța de înaltă tensiune electromotoare poate depăși 10 3 B. Unul dintre mecanismele sale este efectul Dember transversal în condițiile în care prin difuzie curentă are o componentă de-a lungul suprafeței; Un alt mecanism este formarea structurii pp-p-p-p. ieșind la suprafață. Emf de înaltă tensiune rezultă din însumarea emf pe fiecare pereche de joncțiuni asimetrice pn și pn. F. e. din al doilea tip se datorează asimetriei proceselor elementare de fotoexcitare a purtătorilor, împrăștierea și recombinarea lor. Acestea F. e. nu necesită formarea de perechi de purtătoare libere și sunt observate atât în tranziții interband, cât și în excitarea purtătorilor de impurități și în absorbția luminii de către purtătorii liberi. Pentru aceste F. e. sunt: a) efectul antrenării electronilor prin fotoni. asociată cu asimetria în distribuția fotoelectronelor din impulsul cauzat de transferul impulsului către fotoni. În structuri bidimensionale cu opt. Tranzițiile dintre minișite ale hobby-urilor fotografice sunt cauzate de avantaje. tranziții ale electronilor cu definiție. direcția impulsului și poate depăși în mod semnificativ curentul corespunzător în cristalele în vrac.
6) n și n s e d n th F. neasociat cu SE transferul foton de impuls pentru electroni, și, prin urmare, nu se schimbă atunci când yapravleniya propagarea luminii este inversată (la o polarizare liniară fixă). Aceasta se datorează asimetria distribuției de fotoelectroni la paradisul creat prin două mecanisme: balistic asociată cu apariția impulsului de direcție în tranziții cuantice, forfecare cauzată de deplasare a centrului de greutate al pachetului de undă de electroni în tranzițiile. În acest caz, atât absorbția luminii, cât și împrăștierea și recombinarea contribuie la curent (în starea de echilibru termic aceste contribuții sunt compensate).
Fototec al unei linii F. e. descrise fenomenomenologic. relație:
unde Eb. De exemplu - proiecții vectorului de polarizare a undei luminoase; cabg este tensorul determinat de simetria cristalului. Diferă de 0 numai în piezoelectrice (deși nu este legată de efectul piezoelectric), prin urmare o tranziție de fază liniară. poate fi observată numai în piezoelectrice. În cazul general, direcția și mărimea curentului j depind de poziția planului de polarizare a luminii. De exemplu. pentru un cristal GaAs cu propagarea luminii de-a lungul axei [110], curentul de-a lungul [110] este egal cu
unde este gradul de polarizare liniară a luminii și j este unghiul dintre planul de polarizare și axa [001] (figura 2). În cristalele cu o axă polară, de regulă, rel. componenta curentă este direcționată de-a lungul acestei axe și nu depinde de polarizarea radiației.
Fig. 2. Dependența foto-emf datorită unui efect fotogalvanic liniar în p-GaAs. din unghiul dintre planul de polarizare a luminii și cristal [001]; T = 300 K, l = 10,6 pm.
Fig. 3. Dependența fotografiei longitudinale în Te, care apare când se propagă lumina de-a lungul axei c3. pe gradul de polarizare circulară
În cazul iluminării non-staționare a piezoelectricilor, contribuția la curent este dată nu numai de o feroelectrică liniară. dar și efectul optic. rectificarea (d-c-ef), adică polarizarea cristalului care este patratică în E și apare sub iluminare. Curentul corespunzător (consultați Detectarea luminii).
c) U și p y n I p n-lea s apare F. în cristale gyrotropic SE atunci când sunt iluminate cu lumina circular (eliptic) polarizat și schimbări semn când polarizarea circulară. Este descris de relație
gabaritul tensorului este diferit de 0 în r și p și p k s p p y c r s. În pui. cristalele din clasele T și O (vezi Symmetry of crystals). și, de asemenea, în cristale uniaxiale în propagarea luminii de-a lungul capului. axele ordinelor 3-, 4- și 6-a
direcția curentului coincide (sau invers) cu direcția de propagare a luminii (figura 3), Circulara F. e. balistice este creat. mecanism. Motivul pentru acest efect este corelația dintre rotația electronică și impulsul său în cristalele gyrotropice. Când electronii sunt excitați de lumina circulară polarizată, ceea ce duce la o orientare optică a rotirilor, aceștia dobândesc simultan un puls direcționat. A existat, de asemenea, un efect invers - optic. activitatea indusă de curent; este cauzată de orientarea rotirilor în cristalele girotrofice cu trecerea curentă.
Linear și circular FE. cum ar fi efectul de tragere, sunt utilizate pentru a crea receptoare inerțiale fără radiații intense (laser). În dielectrică, o feroelectrică liniară. se bazează pe. mecanismul optic. memorie, deoarece duce la o modificare a indicelui de refracție, care persistă după ce lumina este oprită și depinde de intensitatea acesteia. Această modificare este cauzată de electricitatea congelată. Câmpurile care rezultă din reîncărcarea capcanelor de către fotocurent.
d) Difracția de neutroni de suprafață se datorează împrăștierii purtătorilor de sarcină excitați de lumină pe suprafață. Când absorbția interbandă are loc în condițiile în care aceasta înseamnă. o parte din purtătorii excitați pot ajunge la ea fără împrăștiere. În acest caz, ca rezultat al reflectării electronilor de pe suprafață, apare o undă balistică. curent normal la suprafață.
În acele cazuri când sunt aliniate în impuls cu excitația purtătorilor, adică funcția lor de distribuție este anizotropă, poate apărea și un curent care curge de-a lungul suprafeței. Pentru aceasta, este necesar ca cf. valorile componentelor de impuls de-a lungul suprafeței pentru electronii care se deplasează către și de la suprafață nu au fost egale cu zero și au diferit în semn. O astfel de distribuție apare, de exemplu. când excitațiile purtătorilor dintr-o bandă de valență degenerată sunt cubice. cristalele în banda de conducere. În cazul dispersiei inelastice (difuze) la suprafață, electronii care ajung la ea pierd un impuls îndreptat de-a lungul suprafeței, în timp ce electronii care se mișcă din suprafață o rețin, ceea ce duce la apariția unui curent de-a lungul suprafeței.
Atunci când purtătoarele de lumină sunt absorbite sau reflectate de purtătoarele libere din semiconductori (și metale), suprafața suprafeței Fermi. apare atunci când incidența luminii este înclinată și, de asemenea, la incidența normală dacă suprafața normală la suprafață nu coincide cu una dintre axele principale ale cristalului datorită transferului momentului fotonului la electroni.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: