Зміст
1. Класифікація фотоелектричних ефектів і оптоелектронних приладів
. Оптичні властивості напівпровідників
. 1 Оптичне поглинання
. 2 Фотопроводимость
. 3 фотовольтаїчний ефекти
. 3.1 Ефект Дембера
. 3.2 Вентильний фотоефект
Список літератури
1. Класифікація фотоелектричних ефектів і оптоелектронних приладів
На малюнку 1 представлена ??схема, що ілюструє класифікацію фотоелектричних ефектів.
Фотоелектричним ефектом (фотоефектом) називають процес взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною, в результаті якого енергія фотонів передається електронам речовини.
Фотоелектричні ефекти діляться на зовнішній і внутрішній фотоефекти.
Зовнішній фотоефект пов'язаний з вириванням електронів з кристалів під дією електромагнітного випромінювання.
При внутрішньому фотоефекті електрон виривається з атома під дією електромагнітного випромінювання, але залишається всередині кристала.
Внутрішній фотоефект лежить в основі фотопровідності і фотовольтаїчних ефектів. Збільшення електропровідності напівпровідника під дією електромагнітного випромінювання називається фотопроводимостью. Крім фотопровідності електромагнітне випромінювання в напівпровідниках викликає появу фотоЕДС. Ефекти, що призводять до появи фото-ЕРС в напівпровідниках, називаються фотовольтаїчний. Прилади на основі фотоелектричних ефектів називаються оптоелектронними. Оптоелектронні прилади діляться на три групи:
прилади, що перетворюють електричну енергію в оптичне випромінювання (світлодіоди, напівпровідникові лазери);
прилади, детектирующие оптичні сигнали за рахунок протікають під дією електромагнітного випромінювання електронних процесів (фотодетектори);
прилади, що здійснюють перетворення оптичного випромінювання в електричну енергію (фотовольтаїчні прилади, сонячні батареї).
2. Оптичні властивості напівпровідників
.1 Оптичне поглинання
При дії електромагнітного випромінювання з напівпровідником, відбувається взаємодія квантів енергії в обома підсистемами - атомної та електронної, складовими кристал.
Зміна інтенсивності електромагнітного випромінювання, падаючого на напівпровідник, можна описати законом Бугера-Ламберта:
, (1)
де J - інтенсивність електромагнітного випромінювання на відстані x від поверхні; J0 - інтенсивність падаючого на напівпровідник випромінювання; ?- Коефіцієнт поглинання.
Коефіцієнт поглинання показує ймовірність поглинання кванта енергії на відстані в одиницю довжини [?]=[м - 1].
Під дією електромагнітного випромінювання в напівпровідниках утворюються нерівноважні носії заряду внаслідок електронно-доручених переходів, наведених на рисунку 2. Перехід типу 1 відповідає власному поглинанню речовини, в результаті якого утворюється пара вільних носіїв заряду, а саме, електрон і дірка. Таке порушення називається біполярним. Електрони в зоні провідності і дірки у валентній зоні, порушені електромагнітним випромінюванням, переходять на рівні з більш високими енергіями (2, 2а малюнок 2). Дане поглинання називається поглинанням на вільних носіях заряду. У результаті поглинання фотонів домішковими атомами і недосконалостями кристалічної решітки, які утворюють енергетичні рівні в забороненій зоні напівпровідника, відбуваються переходи типу 3 і 4. Переходи електронів з домішкового рівня в зону провідності (3) або з валентної зони на домішковий рівень (3а) являють собою домішкові поглинання. Переходам 5, 5а на малюнку 2 відповідає поглинанню на Ексітоном.
Збуджені світлом надлишкові електрони і дірки беруть участь у процесі електропровідності напівпровідника до тих пір, поки не рекомбінують або НЕ будуть захоплені на локальний енергетичний рівень.
Спектр оптичного поглинання напівпровідника залежить від багатьох факторів, таких як довжина хвилі, частота випромінювання, концентрація центрів поглинання.
Під центрами поглинання розуміють вільні і пов'язані носії заряду, дефекти кристалічної решітки, домішкові і власні атоми.
Малюнок 3 ілюструє залежність коефіцієнта поглинання напівпровідника від довжини хвилі ізлученія.Собственное поглинання. Власне поглинання відповідає переходу електрона з валентної зони в зону провідності область 1. Для реалізації такого переходу необхідно, щоб енергія поглинених квантів була б дорівнює або більше ширини забороненої зони напівпровідника. На енергетичної зонної діаграмі напівпровідника, малюнок 4, показана реалізація цього процесу.
Область власного поглинання напівпровідників знаходиться або в ви...
