efect fotorezistent, o creștere a conductivității electrice a unui semiconductor sub acțiunea electromagneților. radiații. Pentru prima dată, F. a fost observat în Se U. Smith (SUA) în 1873. De obicei, F se datorează unei creșteri a concentrației purtătorilor de încărcătură mobilă sub acțiunea luminii (concentrația f). Ea apare ca urmare a mai multor. procese: fotonii "trag" electronii din banda de valență și îi aruncă în banda de conducție, în același timp crescând numărul de conductivități și electrozi gaură (FS propriu); electronii din banda umplută sunt aruncați la niveluri de impurități libere - numărul de găuri crește (impuritatea găurii F.); Electronii sunt aruncați de la nivelurile de impurități în banda de conducție (impuritatea electronică F. Fig.1). Eventual combinate F. F. Concentrația de excitație poate avea loc numai atunci când excitat de radiatii suficient de scurt atunci când energia fotonilor este mai mare decât lățimea de bandă interzisă sau distanța dintre una dintre zonele și nivelul impurităților. F. au toate non-metalice. corpuri solide. Cele mai studiate și utilizate pe scară largă în arta F. semiconductori: Ge, Si, Se, CdS, CdSe, InSb, GaAs, PbS etc. F. Valoarea raportului de concentrare .. randamentul cuantic Y (raportul numărului de purtători format la numărul total de fotoni absorbiți) și durata de viață a purtătorilor de neechilibru (în exces) excitați de lumină (fotocarieri). Atunci când sunt iluminate cu lumină vizibilă, în general, mai puțin de 1 Y datorită proceselor „concurente“ care duc la absorbția luminii, dar nu sunt conectate pentru a forma un suport (atomii excitoni de excitație impuritate, fononi, etc.).
Atunci când este iradiat cu radiații UV sau cu radiații mai severe, Y> 1,
(efect fotorezistențial) - o modificare a conductivității electrice a mediului, datorită acțiunii electromagnetice. 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 a fiecărei concentrații a purtătorilor de sarcină (kontsentratsiona F.) sau a mobilității lor sub acțiunea radiației (a se vedea 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, mp - mobilitatea lor. Cantitățile Dn, Dp sunt determinate de randamentul cuantic Y intern. fotoefectul, adică numărul de perechi de electron-găuri generate (la propriul F.) sau numărul de purtători generați (pentru impuritatea F), per foton absorbit. precum și durata de viață a fotocarrierilor (înainte de recombinarea sau capturarea lor de către centrele 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 impulsul unui foton, de regulă, este neglijabil mic în comparație cu impulsul unui electron, cerința este simultană. 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 din urmă conduce la tranziții "indirecte", cu o schimbare a energiei și momentului electronului și a emisiei sau absorbției unui fonon. Investigațiile dependenței FA de energia fotonilor h permit min. 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 urmare a absorbției radiației. Procesele care produc intraband F sunt denumite: optice. tranziții ale purtătorilor de sarcină într-o singură bandă, care sunt posibile datorită împrăștierii purtătorilor prin impurități și fononi (a se vedea dispersarea purtătorilor de sarcină într-un solid); direct optice. tranziții între sub-benzile benzii de gaură în semiconductori de tip p (găuri "ușoare" și "grele", vezi teoria zonelor); tranziții între sub-benzile cuantificate de mărime în structurile semiconductoare (a se vedea Efecte de dimensiune cuantică). În interiorul AF zonă a fost observată mai întâi Moss și Hawkins (1960) în p-Ge (tranzițiile între subbenzi de găuri) și roll-nom (1961) în n-InSb (absorbție intraband).
În cazul fononului intraband, mobilitatea se poate schimba ca și purtătorii care au absorbit direct radiațiile. și a tuturor purtătorilor de sarcină datorită redistribuirii energiei absorbite datorită împrăștierii interelectronului. Ca regulă, al doilea proces joacă un rol decisiv. Dacă timpul de redistribuire a energiei este mic în comparație cu timpul de relaxare a purtătorului de energie t, atunci Φ poate fi considerat ca urmare a unei modificări a temperaturii gazului purtător Тn la absorbția 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. trecerea găurilor din sub-bandă de găuri "grele" la sub-benzile "plămânilor" și dispersia rapidă a energiei găurilor "ușoare" în optică. fononi. Odată cu schimbarea energiei fotonice, semnul modificărilor Ds și valul intraband oscilează schimbând semnul.
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 același timp, timpul caracteristic de a le rula en gros
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. din comenzile mai mari decât m opt (vezi 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 dependenței randamentului cuantic Y de energia fotonică (figura 1), spectrul unui feromagnetic diferă de spectrul 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 fotocariere "la cald" la fotoconductivitate depinde de relația dintre timpul de relaxare a energiei și durata de viață a operatorului, precum și de frecvența inițială. 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 reduse, intensitatea radiațiilor 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 al gijklului din clasa a 4-a. 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 medii izotrope 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 T. D. N. Interband fotoconductie în germaniu, "Proc. Phys. Soc.", 1960, v. 76, p. 565; Rollin B. V. Detectarea milimetrice si sub-milimetrice val de radiație prin absorbție transportator într-un semiconductor, "Proc. Phys. Soc.", 1961, v. 77, p. 1,102; Fotoconductie. Sat. Art. per. cu engleza. M. 1967; Sheinkman MK Shik A. Ya. Relaxare pe termen lung și conductivitate 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: