Fotoconductivitatea este un fenomen care implică o schimbare a conductivității unui semiconductor sub influența radiației electromagnetice, care nu este asociată cu încălzirea sa.
În absența radiației electromagnetice, conductivitatea semiconductorului (numită conductivitatea întunecată) este determinată de purtătoarele de sarcină: electronii din banda de conducție și găurile din banda de valență datorită excitației termice (generarea termică). Acești purtători de sarcină: electronii cu o concentrație de nr și găuri cu o concentrație p0 - sunt în echilibru termic cu rețeaua cristalină a semiconductorului și se numesc echilibru. Conductivitatea specifică întunecată a semiconductorului s0 este descrisă de ecuația:
unde e este sarcina de electron; mn și mp sunt mobilitățile electronilor și găurilor, respectiv.
Atunci când semiconductorul este iluminat, ca rezultat al absorbției de cuante de lumină cu o energie care depășește energia de activare a purtătorului, apar purtători suplimentari de sarcină (fără echilibru). Procesul excitației lor se numește generație optică. Conductivitatea semiconductorilor iluminați ca rezultat al generării de suport optic crește prin:
Aici Ds este fotoconductivitatea specifică a semiconductorului; Dn = n -no sunt concentrațiile de electroni de neechilibru și de găuri, respectiv.
Purtătorii excitați pot participa la conductivitate numai pentru o anumită perioadă de timp, după care dispar transportatorii liberi. Timpul în care purtătoarea conduce în stare liberă (electronul din banda de conducție, gaura din banda de valență) se numește durata de viață t a transportatorului liber.
Cel mai caracteristic proces care determină durata de viață este recombinarea - procesul de reunire a electronului și a orificiului. Rata de recombinare este proporțională cu concentrația purtătorilor de sarcină fără echilibru. Din acest motiv, când semiconductorul este iluminat, fotoconductivitatea crește treptat (figura 1).
Prin creșterea ratei de recombinare scade rata de creștere fotoconductie și după un anumit timp, o fotoconductie staționară, care corespund concentrațiilor la starea de echilibru ale electronilor de neechilibru și găurile Dnst Drst. determinată de egalitatea ratelor de generare și de recombinare a transportatorilor. când lumina este oprită din același motiv, fotoconductivitatea scade la zero și treptat. Curbele de creștere și decădere a fotoconductivității sunt numite curbele de relaxare a fotoconductivității.
Într-un semiconductor cu impurități de tip p, când condițiile p0> nu și Dn < și declinul său - prin ecuația: unde Ds0 este valoarea staționară a fotoconductivității; este durata de viață a electronului; t este timpul. Adică, ridicarea și căderea fotoconductivitatea la rotirea luminii în cazul recombinării liniare de purtători de neechilibru este exponențială, cu un timp de relaxare constantă egală cu durata de viață a perechii (electron - gaura) de purtători de sarcină de neechilibru. În consecință, prin examinarea curbelor de relaxare fotoconductie se poate determina în mod direct durata de purtători de neechilibru t (t = tn = tp). Fotodiode bazate pe joncțiunea p-n Atunci când o lovitură cuantică de lumină, cu o energie hV în banda de auto-absorbție, o pereche de purtători de neechilibru, un electron și o gaură, apar în semiconductor. Când înregistrați un semnal electric, este necesar să înregistrați o modificare a concentrației purtătorului. Evident, cu alte lucruri egale, este mai ușor să se detecteze o schimbare în concentrația transportatorilor minoritari. De exemplu, în NGaA cu o concentrație de dopaj de 10-14, concentrația principalilor purtători de electroni este de 10 14 sm -3. iar concentrația gaurilor transportatorilor minoritari este de 1sm -3. Prin urmare, în cazul în care 10 10 purtători de neechilibru apar în absorbția optică într-un fotodetector bazat pe GaAs, atunci este mai ușor să se detecteze o modificare a concentrației purtătorului minoritar. În fotodiodele bazate pe joncțiunile p-n, se realizează principiul înregistrării modificării concentrației transportatorilor minoritari sub influența radiației externe. Curentul invers al joncțiunii p-n se datorează componentelor de derivație ale curentului și se exprimă Aici h este randamentul cuantic, a este coeficientul de absorbție și # 966; - fluxul luminii incidente. Figura 5.4 Volt-amperi caracteristic fotodiodei. Purtătorii minoritari, care apar sub acțiunea fluxului luminos să fie format la o distanță de ordinul lungimii de difuzie de epuizare oblastip-n tranziției pentru a participa la curentul invers al diodei. Parametrii tipici sunt lungimea de difuzie Lp de ordinul a 100 μn, iar lărgimea regiunii epuizate a joncțiunii pn este de 1 μm. Prin urmare, fotocurentul primar în fotodioda datorită absorbției în volum timp și răspunsul quasineutral al fotodiodei va fi determinată de durata de viață a purtătorilor minoritari. Două caracteristici ale fotodiodelor pn limitează utilizarea lor în majoritatea aplicațiilor cu fibră optică. În primul rând, zona de epuizare reprezintă o parte destul de mică din întregul volum al diodei, iar majoritatea fotonilor absorbiți nu conduc la generarea unui curent în circuitul extern. Electronii și gaurile rezultate se recombină pe calea spre câmpul unui câmp puternic. Pentru a genera un curent suficient de puternic, este necesară o sursă de lumină puternică. În al doilea rând, prezența unui răspuns lent datorită difuziei lente încetinește funcționarea diodei, făcându-l nepotrivit pentru aplicații cu viteză medie și mare. Acest lucru permite ca dioda să fie utilizată numai în intervalul kHz. Locul de trecere a serviciului public alternativ - stadopedia Metode de formare fizică terapeutică pe terenuri - Gorinov - stadopedie
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: