ь починає зростати. При дуже великих енергіях квантів на генерацію пари носіїв у середньому витрачається порція енергії близько 3E g . Таким чином, енергетично найбільш вигідний фотоефект, що викликається квантами з hv ≈ E g ; при перетворенні високоенергетичних квантів (короткохвильове випромінювання) значна частина їх енергії перетворюється на тепло.
Край спектра поглинання напівпровідника О» гр може зміщуватися в довгохвильову сторону при додатку електричного поля; це явище відоме як ефект Келдиша - Франца. Дія електричного поля призводить до нахилу енергетичних зон у просторі, так що при енергії квантів hv g електрон може відірватися від атома внаслідок тунелювання між станами валентної зони і зони провідності, розділеними в кристалі малим відстанню О”П‡ (малюнок 1.3). Розрахунок показує, що ширина забороненої зони зменшується пропорційно квадрату напруженості електричного поля; цей зсув для арсеніду галію близько 10 -15 еВ в€™ У -2 в€™ см -2 . При реально досяжних електричних полях вдається змістити край поглинання на кілька сотих часток електрон-вольта, що за абсолютною величиною мало, але може приводити до зміни коефіцієнта поглинання на три порядки. Ефект Келдиша - Франца використовується для створення високошвидкісних модуляторів світла. br/>В
Малюнок 1.3 - Енергетична діаграма напівпровідника при дії сильного електричного поля і квантовий перехід електрона з валентної зони в зону провідності, який ілюструє ефект Келдиша-Франца
домішкові поглинання (домішкова фотопровідність) має місце тоді, коли енергії квантів не вистачає для утворення електронно-доречний пари, але її достатньо, щоб порушити домішковий атом до стану, коли утворюється вільний електрон і пов'язана дірка або вільна дірка і пов'язаний електрон (Див. малюнок 1.1). Перша відмінність примесной фотопровідності від власної полягає в меншій енергії поглинаються квантів, для дуже дрібних акцепторних і донор-них рівнів енергія цих квантів може бути в десятки і сотні разів менше E g . У цьому зв'язку домішкова фотопровідність відкриває широкі можливості створення фотоприймачів ІЧ-діапазону (включаючи дальній ІЧ-і субміліметровий радіодіапазон).
Друга відмінність складається в тому, що домішкові поглинання веде до генерації лише одного типу носіїв - електронів чи дірок, і третє - в тому, що ефективність примесного поглинання значно менше, ніж власного: в типових випадках концентрація домішкових атомів значно менше (на 6-8 порядків), ніж атомів самого напівпровідника. Звідси випливає, що для реалізації поглинання на домішках необхідно використовувати напівпровідники великий товщини, а це завжди веде до небажаного збільшення тривалості релаксаційних процесів. Таким чином, домішкові поглинання слід використовувати лише в тих випадках, коли не вдається підібрати напівпровідник з власним поглинанням в тій же області спектра. Довгохвильовий кордон домішкового фотоефекту також визначається формулою (1.4), якщо в ній Е g замінити на енергетичний зазор між домішковим центром і дозволеної зоною, з якою здійснюється обмін носіями заряду.
Крім розглянутих власного та домішкових поглинань є ще кілька механізмів взаємодії квантів випромінювання з речовиною, що виявляються в фотоефекті. Перш за все необхідно відзначити поглинання на вільних носіях заряду. Це призводить до переміщення носія всередині дозволеної зони на вищий енергетичний рівень, тобто до так званого розігріву носіїв (наприклад, електронів в зоні провідності). Якщо обмін енергією між В«гарячимВ» електроном і зоною здійснюється швидко, то ця надлишкова енергія перетворюється на тепло і фактично поглинені таким чином кванти внеску в фотоефект не дають. При типових значеннях Е g ≈ 1еВ поглинання на вільних носіях може стати помітним на тлі власного поглинання лише при концентраціях носіїв не менше 10 19 - 10 20 см -3 , тобто у відносно рідкісних випадках. Якщо якимось чином обмін енергією між В«гарячимиВ» електронами і кристалічною решіткою уповільнити (наприклад шляхом глибокого охолодження), то це призведе до того, що їх рухливість буде відмінною від рухливості звичайних електронів провідності. Це означає, що згідно (малюнок 1.1) зміниться і провідність зразка. Подібний ефект, відомий як Ој-фотопровідність, може використовуватися для створення невибіркових фотоприймачів далекого ІЧ-діапазону; в оптоелектроніці реального застосування він не знаходить.
Інший важливий механізм - ЕКСІТОН поглинання, в процесі якого електрон і дірка приходять у збуджений стан, але залишаються пов'язаними один з одним силами кулонівської взаємодії в водородоподобном стані, тобто у формі екситону. Енергія освіти екситона приблизно на 3-6 меВ менше ширини забороненої зони, що обумовлює поглинання в області більш довгохвильовій, ніж у власного поглинання. Кулонів...
