Fotoconductie (efect fotoconductiv) - pentru a modifica conductivitatea mediului, datorită acțiunii e - mag. radiații. Este puternic pronunțată în semiconductori și dielectrice. A fost prima dată observată de W. Smith (1873) în siliciu amorf (vezi semiconductori amorfe și sticlă). F. apare din cauza unei modificări sau concentrația purtător de sarcină (n o n e n t r a i O N I F) sau mobilitatea lor sub influența radiațiilor (vezi. Mobilitatea purtătorilor de sarcină). În funcție de mecanismul de absorbție a radiațiilor, F. se deosebește de sursă, proeminență și neutrino.
Fotoconductivitate proprie și impuritate. În baza propriului. iar impuritatea F. se află înăuntru. efect fotoelectric. care este, fie optice. Generarea de perechi de electroni-gauri (pentru fononi intrinseci) sau fotodecordarea unui purtător de sarcină dintr-o sarcină. centrul de impurități (cu o impuritate F). Generat la int. efectul fotoelectric al transportatorilor cu taxă liberă. f o n s o m e m e.
Modificarea ud. conductivitatea a unui semiconductor omogen sub acțiunea radiației este egală cu
unde Dn. Dp - modificări ale concentrațiilor electronilor de conducere (n) și ale găurilor (p), mn. mobilitățile lor. Cantitățile Dn. Dp sunt determinate de randamentul cuantic Y intern. PhotoEffect, t. e. numărul de perechi electron-gol generate (cu propria sa. F.) sau numărul de purtători generat (atunci când impuritatea F.) în calcularea un foton absorbit, iar durata de viață a photocarriers (înainte de recombinare sau capcane centre de impurități) . Dacă F. (corectă) este determinată de fotocarierii mobili ai ambelor semne, se numește polaritate binară. În cazurile în care photocarriers generate deși ambele semne, dar photocarriers de același tip au o mobilitate neglijabilă și durata de viață, precum și impuritatea F. photocarriers generat atunci când un singur semn, numit FA. m onnoplyarnoy.
Deoarece foton impuls este, de obicei, neglijabilă în comparație cu impulsul electronului, cerința concomitent. legea de conservare a energiei și impulsului determină electronii care tranzițiile care implică doar un singur foton este posibilă numai între stările într-un electron-puls ryh practic aceleași ( „drepte“ sau tranzițiile „vertical“). Cu toate acestea, această interdicție poate fi încălcată din cauza interacțiunii electronilor sau a găurilor cu fononi. Aceasta conduce la tranzițiile „indirecte“ cu schimbări atât energia și impulsul unui electron și o emisie fononic sau absorbție .Issledovaniya F. În funcție de h w energia fotonilor permit minute lor. energie, determinând încă F. să determine energia. diferența dintre niveluri sau zone (a se vedea Semiconductori).
Intraband fotoconductivitatea este asociată cu o schimbare în mobilitatea purtătorilor de sarcină în timpul redistribuirii lor de către energie. stări ca rezultat al absorbției radiației. Procesele care produc intraband F sunt denumite: optice. tranzițiile de purtători de sarcină în termen de o bandă, la- posibil prin împrăștierea purtătorilor de către impuritățile și fononii (a se vedea împrăștierea purtătorilor de sarcină într-un solid.); direct optice. tranziții între banda de subbenzi gaura in semiconductori de tip p ( „light“ și „grele“ band gaura teorie cm ;.) tranzițiile dintre subbenzile din structurile semiconductoare (vezi efecte de dimensiuni cuantice.) .Vnutri-band FM observat primul Moss și Hawkins (1960), la p -ge (tranzițiile între subbenzi de găuri) și roll-SG (1961) în n -InSb (absorbție intraband).
Când intraband FA se poate schimba mobilitatea transportatorilor, la- direct absorbite radiații și toți purtătorii de sarcină datorită redistribuirea energiei absorbite datorită imprastiere electron-electron. Ca regulă, al doilea proces joacă un rol decisiv. Dacă timpul de redistribuire a puterii este mică în comparație cu timpul de relaxare t de purtători de energie, AF pot fi tratate ca urmare a modificărilor ratei de gaz-ry purtător la o Tn absorbție a radiației. În acest caz, semnul d m / dTn și Ds poate fi pozitiv sau negativ. Semnul Ds este de asemenea determinat de semnul schimbării temperaturii electronice dTe. De regulă, dTe> 0, dar este posibil să se răcească gazul după absorbția luminii. Răcirea este observată, de exemplu. în p-Ge sub opt. care trece găuri de subzonă găuri „grele“ în Subzona „lumină“ și disiparea rapidă a găurilor de energie „lumină“ în opt. fononi. Odată cu schimbarea schimbările de energie fotonica semna și Ds intraband F. pendulează, schimbarea semn.
Fotocarrierii "răciți". Dacă purtătorii generați de lumină au energii care depășesc lățimea benzii interzise a semiconductorului, atunci așa- Hot media poate pierde energie pentru a crea un add-on. perechi de electroni-gauri; ca urmare a lui Y> 1 (Figura 1). Calea liberă medie a transportatorilor depinde de u și variază de la un la altul. nm la o lungime de până la 1 nm și până la câteva. zeci de nm la keV (timpul de deplasare t
10 -14 (c). Cu DOS. mecanismul pierderii de energie este împrăștiat de fononi. Pentru a depăși energia optică. phonon, transportatorii pierd energie prin urmărirea. emisie de optice. fononi. În acest caz, timpul caracteristic pentru trecerea lor este
10-13 c. După ce energia reziduală a purtătoarelor este mai mică, "răcirea" lor ulterioară are loc prin emisia de unde acustice. fononi sau datorită coliziunilor electron-electron. Timpii corespunzători de relaxare a energiei de către mai mulți. mai multe ordini de mărime (a se vedea electronii fierbinți).
Fig. 1. Dependența randamentului cuantic Y în Ge pe energia fotonilor.
Energia reziduală a transportatorilor care au emis rapid numărul maxim (nmax) posibil al opticului. phonons, este Aceasta variază de la 0 la depinde de (2p / h) w. În semiconductorii slab dopata, eff. mobilitatea fotocarrierilor fierbinți depinde și, prin urmare, Ds oscilează în funcție de frecvența W. În semiconductorii puternic dopați, energia este mai întâi transmisă non-acustică. fononi și gaz transportor; în funcție de magnitudinea energiei transferate, modificările cp. mobilitatea transportatorilor. Acest lucru conduce, de asemenea, la oscilații ale Ds cu o frecvență w.
Spectrul fotocarrierilor. Datorită randamentul cuantic al energiei fotonice Y (Fig. 1), spectrul este diferit de spectrul F. optic. absorbția cristalelor. Diferența apare și din faptul că procesul de "răcire" a fotocarrierilor nu este instantanee: prin urmare, unele dintre ele pot avea energii mult mai mari decât energia de echilibru la o anumită temperatură a cristalului. Contribuția acestor photocarriers „fierbinți“ în AF depinde de raportul dintre timpul de relaxare a energiei și durata de viață purtătoare, precum init. energia fotocarrierilor. Pe curbele din Fig. 2 și Fig. 3 prezintă în mod clar o declivitate accentuată a undelor lungi F. Prin poziția sa, puteți determina lățimea zonei interzise
Fig. 2. Distribuția spectrală a fotoconductivității intrinseci în Ge.
Dependența DS de intensitatea radiațiilor. Anizotropia fotoconductivității. De obicei, la intensități scăzute, intensitatea radiației este proporțională cu /, adică tensorul de variație a conductivității electrice este o funcție biliară a componentelor electrice. vectorul Ek al câmpului de radiație (k = x, y. z): Dsij = gijkl Ek El. Se numește un tensor de rang 4 gijkl. tensorul F. Aceasta determină nu numai valoarea Ds, ci și anizotropia sa.
F. este anizotropă chiar și în medii cu valuri statice izotropice. conductivitatea electrică și optica. permitivitatea dielectrică. Aceasta se manifestă în dependența fononului de acțiunea radiației polarizate, pe orientarea planului de polarizare a luminii în raport cu caracterul cristalografic. axe, precum și în aspectul transversal electric. câmp și fotografii transversale între contactele laterale ale eșantionului. Unul dintre mecanismele posibile de fotografiere electrice anizotropice. efectele constau în anizotropia distribuției quasimomente a fotoelectronelor generate de radiația polarizată. Fotocompozitie anisotropica. Efectele în mediu izotrop sunt descrise în Ref. componente ale tensorului gijkl.
Fig. 3. Distribuția spectrală a conductivității impurităților în Ge, asociată cu un amestec de Cu.
Inerția fotoconductivității este determinată de na. kinetica timpului de relaxare. procesele care determină F. Aceasta este, de obicei, durata de viață a fotocarrierilor, iar în cazul intrabandei F, timpul de împrăștiere a energiei sau timpul de relaxare intersubband. Durata de viață a fotocarrierilor scade, pe măsură ce crește concentrația centrelor de recombinare (sau centrele de impurități captive), dar nu poate fi mai mică decât timpul de relaxare a energiei din același material.
F. ar trebui să se distingă de bolometrie. efect - modificări ale conductivității atunci când semiconductorul este încălzit de radiație, atunci când atât subsistemul electronic cât și subsistemul fonon sunt la fel de mari; în contrast cu bolile inerțiale F. efectul este determinat de conductivitatea termică - viteza de transfer de căldură către termostat (vezi Bolometru).
In anumite materiale, la ritmul scăzut al timpului pax-relaxare AF este atât de mare încât schimbările induse de radiație în Ds de conductivitate nu scade semnificativ în funcție de timp (h o m r g e n o n a i F.). Există două elemente de bază. Mecanismul apariției unei suprafețe Fermi congelate este legat de separarea purtătorilor de neechilibru. Electrice. domenii de neomogenitate. În același timp, pentru recombinare, este necesară depășirea potențialului ridicat. barieră, ceea ce duce la o creștere exponențială a duratei de viață a purtătorilor de neechilibru. FA congelate de acest tip sunt cele mai des întâlnite în compușii A II B VI. Al doilea mecanism este asociat cu prezența unor centre care interacționează puternic cu cristalul. baruri. Captarea transportatorilor pe ele necesită reconstrucția grilajului și, prin urmare, este anormal de lentă. Un exemplu de astfel de centre sunt așa-numitele. DX-centre în soluții solide Alx GA1-x As, rezultând în heterostructurile congelate F. în GaAs-Alx GA1-x As. Fenomenul de F înghețat poate fi utilizat în sistemele optice. memorie, dar joacă și ritsat. rol, ceea ce duce la o instabilitate temporară a caracteristicilor dispozitivelor semiconductoare.
Fotoconductivitate anormală. În unele cazuri, valoarea AF este independentă de intensitatea emisiei (la iluminatul staționar), și depinde numai de compoziția spectrală. O astfel inadecvată VF detectată pentru prima dată în filme de Si amorf (după înmuiere în perechi Hg) la 1961. F. maximă conformitate cu creșterea ratei-ry l crește și la T> 180 K anormale AF dispare, ceea ce este, probabil datorită prezenței reținerii centrele sau neomogenitatea conductivității. Pe baza FA anormale, este posibil să se creeze detectoare de culoare și elemente de memorie.
Fenomenul lui F. se bazează pe funcționarea receptoarelor sensibile de radiație semiconductoare (vezi Photoresistor).
REFERINȚE Tautz Ya. Fenomenele foto și termoelectrice în semiconductori, trans. cu Cehia. M. 1962; Ryvkin SM Fenomenele fotoelectrice în semiconductori, M. 1963; Moss, T. S. Hawkins, TD N. Fotoconductivitatea interbandă în germaniu, "Proc., Phys. Soc.", 1960, v. 76, p. 565; Rollin B. V. Detectarea unei radiații de undă milimetru și sub milimetru prin absorbție liberă a purtătoarelor în semiconductori, "Proc. Physical Soc.", 1961, v. 77, p. 1,102; Fotoconductie. Sat. Art. per. cu engleza. M. 1967; Sheinkman MK Shik A. Ya. Relaxarea pe termen lung și conductivitatea reziduală în semiconductori, "FTI", 1976, v. 10, p. 209; Korsunsky MI Fotoconductivitatea anomală și memoria spectrală în sistemele semiconductoare, M. 1978.
EV Beregulin, SD Ganichev, Sh. M. Kogan, A. Ya Shik, IS Shlimak.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: