Фотопроводимость полупроводников

Фотопроводимость полупроводников – это электрическая проводимость, возбуждённая электромагнитным излучением за счёт обусловленного действием света перераспределением электронов по энергетическим уровням.

Фотопроводимость обусловлена внутренним фотоэффектом. В полупроводнике под действием света образуются дополнительные неравновесные носители тока.

Общая удельная электрическая проводимость полупроводника

, где

темновая удельная электрическая проводимость;

удельная электрическая фотопроводимость.

У собственного беспримесного полупроводника фотон с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара – электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне.

, где

число пар неравновесных носителей – электронов и дырок, генерируемых светом в единице объёма полупроводника за 1 с;

и среднее время жизни электронов и дырок.

В примесных донорных и акцепторных полупроводниках электроны под действием света могут переходить из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

Требование к энергии фотона , где энергия активации соответствующей проводимости, означает, что существует красная граница внутреннего фотоэффекта

Для собственной проводимости полупроводника при получаем нм, что соответствует жёлтому свету.

Видимый и ультрафиолетовый свет может вызвать фотопроводимость не только полупроводников, но и диэлектриков, у которых > 2 эВ.

У примесных полупроводников энергия активации проводимости ~ 0,01 – 0,1 эВ и м, что соответствует инфрокрасной области света.

На внутреннем фотоэффекте основано действие фотосопротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. В видимой части спектра применяются фотосопротивления, изготовленные из сернистого кадмия CdS. Фотосопротивления из PbS, PbSe, PbTe, InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения (Sb – сурьма)

Световая чувствительность (мА/лм) у полупроводниковых фотосопротивлений приблизительно в 100000 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.

В области р-п перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-ЭДС).

Сплошная кривая – ход

потенциальной энергии электронов

в (р-п)-переходе.

Штриховая кривая – ход

потенциальной энергии дырок

в (р-п)-переходе.

Неосновные для данной области носители (электроны в р- области и дырки в п- области), возникшие под действием света, беспрепятственно проходят через переход. В результате в р- области накапливается избыточный положительный заряд, а в п- области – избыточный отрицательный. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которое и представляет собой фото-ЭДС. Если подключить кристалл с (р-п)-переходом к внешней нагрузке, то в ней будет течь ток. На этом основано действие фотометров и солнечных батарей.