відниках під дією електромагнітного випромінювання реалізується наступним чином:
) електрони з валентної зони переходять в зону провідності, при цьому утворюються як дірки, так і електрони (перехід 1, малюнок 2);
) електрони з валентної зони переходять на вільні акцепторні рівні; при цьому зростає дірковий провідність (перехід 3а, малюнок 2);
) електрони переходять з донорних рівнів у зону провідності напівпровідника, що призводить до збільшення електронна провідність (перехід 3, малюнок 2).
При поглинанні фотона електронно-діркова пара отримує надлишкову енергію і квазіімпульс. Рівноважний розподіл фотоносіїв по енергіях і квазіімпульсамі встановлюється за час, менший часу перебування у відповідних зонах. Тому вони встигають термалізоваться raquo ;, тобто розподіл їх по енергіях і квазіімпульсамі стає таким же, як для рівноважних електронів і дірок.
Повна електропровідність напівпровідника визначається:
, (3)
де, - рівноважні концентрації електронів і дірок; , - Нерівноважні концентрації електронів і дірок (інформація про електропровідності напівпровідників наведена в додатку).
Вона складається з темнової електропровідності, яка визначається рівноважними носіями заряду, і електропровідності при дії електромагнітного випромінювання
. (4)
Хай під дією електромагнітного випромінювання в напівпровіднику утворюються носії заряду, які визначаються швидкістю генерації носіїв заряду .Тогда з моменту початку дії електромагнітного випромінювання концентрація носіїв заряду в напівпровіднику почне рости за законом:
. (5)
Процес зростання концентрації носіїв заряду не може тривати нескінченно через конкуруючого процесу - рекомбінації носіїв заряду. Через деякий час швидкості генерації та рекомбінації виявляться рівними, і концентрація носіїв заряду буде стаціонарною. Позначимо час життя фотоносіїв, тобто час, який в середньому проводить носій, створений світлом, в зоні провідності або у валентній зоні,. Тоді число фотоелектронів, рекомбінуючих в 1 сек, дорівнюватиме. У результаті рівняння (5) з урахуванням рекомбінації перетвориться до виду:
; (6)
вирішенням цього рівняння є:
, (7)
де.
З рівняння (7) випливає, що з плином часу нерівноважна концентрація носіїв заряду прагне до свого стаціонарного значення. Тому величину в цьому випадку називають часом релаксації фотопровідності. Загальна концентрація електронів, що включає рівноважні і нерівноважні носії заряду дорівнює:
. (8)
Для стаціонарної фотопровідності, коли, у власному напівпровіднику, де концентрації нерівноважних електронів і дірок рівні, отримуємо:
. (9)
Таким чином, стаціонарна фотопровідність визначається швидкістю генерації, часом життя нерівноважних носіїв заряду, їх рухливістю. Час життя залежить від структури напівпровідника, ступеня його чистоти і температури. Воно змінюється в межах від 10 - 1 до 10 - 3 с.
Швидкість генерації носіїв заряду залежить від відстані, вимірюваного від поверхні напівпровідника, так як щільністю потоку фотонів, (с - 1? м - 2), що падають на поверхню зразка, відповідно до закону Бугера-Ламберта експоненціально убуває. Для напівпровідника товщиною щільність потоку фотонів, поглинувши в напівпровіднику:
. (10)
У разі тонкого напівпровідника або малого коефіцієнта поглинання,, отримуємо:
. (11)
Кількість електронно-доручених пар, утворених поглиненими фотонами:
. (12)
Коефіцієнт пропорційності називається квантовим виходом внутрішнього фотоефекту. Він дорівнює числу носіїв (пар носіїв), народжуваних в середньому кожним поглинутим фотоном. Він може бути більше одиниці, якщо при поглинанні одного фотона високої енергії народжується дві і більше електронно-доручених пари, і менше одиниці, якщо частина фотонів поглинається вільними носіями заряду. Розділивши на товщину пластини, отримаємо швидкість генерації електронно-діркових пар в одиничному обсязі:
. (13)
Підставляючи (13) в (9), отримаємо:
. (14)
Висловимо щільність потоку фотонів через освітленість,:
, (15)
де - частота електромагнітного випромінювання.
Перетворимо рівняння (14) з урахуванням (15):
. (16)
Щільність фотоструму, що протікає через напівпровідник завдовжки, під дією напруги відповідно до закону Ома визначається:
,
де - напруженість електричного поля. Слід зазначити, що на практиці залежність носить більш складний характер, так як при виводі рівняння (17) розглядалася спрощена картина процесів у напівпровідниках. Після припинення дії...
