електромагнітного випромінювання процес генерація носіїв заряду припиняється і рівняння (6) перетвориться до виду:
. (18)
Рішення даного рівняння з початковою умовою при і має вигляд:
(19)
або для загальної концентрації носіїв заряду:
. (20)
Отже, припинення дії електромагнітного випромінювання призводить до зменшення концентрації носіїв заряду, яка прагне до свого початкового значення. За законом аналогічного рівнянню (19) відбуватиметься спад фотоструму напівпровідника (малюнок 6):
, (21)
де - стаціонарне значення фотоструму. З рівняння (21) видно, що чим більше час життя нерівноважних носіїв заряду, тим повільніше відбувається спад фотоструму.
На малюнку 6 представлена ??крива релаксації фотоструму напівпровідника і основні її характеристики. Дану залежність використовують для експериментального визначення середнього часу життя нерівноважних носіїв заряду.
фотоелектричний оптичний вентильний напівпровідник
2.3 фотовольтаїчний ефекти
Під фотовольтаїчний (фотогальванічними) ефектами розуміють виникнення електрорушійної сили (фотоЕДС) в напівпровіднику в результаті просторового розділення оптично порушених носіїв заряду протилежного знака. Для виникнення фотоЕДС необхідне виконання наступних умов:
а) електромагнітне випромінювання має бути неоднорідним, тобто в різних елементах обсягу напівпровідника повинно поглинатися різну кількість фо?? онов і відповідно з'являється різну кількість фотоносіїв. Наявність градієнта концентрації фотоносіїв викликає дифузію і виникнення фотоЕДС за умови, що коефіцієнти дифузія дірок і електронів відрізняються один від одного;
б) освітлюваний напівпровідник повинен бути неоднорідним, в цьому випадку розподіл концентрації фотоносіїв за обсягом напівпровідника буде нерівномірним і внаслідок цього виникає фотоЕДС.
2.3.1 Ефект Дембера
Якщо на поверхні напівпровідника падає електромагнітне випромінювання (світло), енергія квантів якого достатня для генерації фотоносіїв, при цьому коефіцієнт поглинання досить великий, то електромагнітне випромінювання буде поглинатися в основному в приповерхневому шарі напівпровідника, де і будуть створюватися фотоносіїв. Дане явище відноситься до випадку неоднорідного освітлення напівпровідника. Електрони і дірки будуть дифундувати в область з меншою концентрацією носіїв заряду, яка характеризується мінімальною освітленістю. В результаті виникає фотоЕДС, пропорційна різниці коефіцієнтів дифузії носіїв заряду протилежного знака. У стані термодинамічної рівноваги фотоЕДС компенсує різницю коефіцієнтів дифузії електронів і дірок.
Вираз для фотоЕДС Дембера має вигляд:
, (22)
де - питома електропровідність напівпровідника в безпосередній близькості від поверхні, тобто сума темновой електропровідності і фотопровідності:
. (23)
Слід, що фотоЕДС Дембера тим більше, чим більше різниця подвижностей електронів і дірок. Дане рівняння може бути застосовано до примесной фотопровідності. Ефект Дембера в певній мірі аналогічний явищу термоЕРС.
2.3.2 Вентильний фотоефект
Вентильно фотоефектом називають фотоЕДС, що виникає при освітленні вентильного, тобто випрямляючого контакту. Випрямляючих властивостями володіють контакти напівпровідників різного типу електропровідності, металу з напівпровідником. Напівпровідникові прилади, засновані на вентильному фотоефекті і призначені для перетворення світлової енергії в електричну або світлових сигналів в електричні, називають фотоелементами. Розглянемо утворення вентильної фотоЕДС при освітленні з pn-переходу.
Нехай np-перехід освітлюється світлом з боку напівпровідника р-типу електропровідності з енергією квантів більше енергії забороненої зони, що відповідає освіті електронно-доручених пар. На малюнку 7 показаний процес генерації під дією квантів світла носіїв заряду в р-області р-п-переходу з подальшою їх дифузією.
Генеруються носії заряду будуть дифундувати до р-п-переходу. Електрони зони провідності напівпровідника р-типу електропровідності під дією контактного поля переходять в зону провідності напівпровідника n-типу, при цьому дірки затримуються контактним полем і залишаються в p-області. У результаті відбувається просторове розділення оптично генерованих електронів і дірок, при цьому акцепторний напівпровідник здобуває позитивний, а донорний - негативний заряд, що еквівалентно виникненню фотоЕДС. Остання називається напругою холостого ходу при розімкнутому зовнішньому ланцюзі.
Таким чином, під дією квантів світла через pn-перехід протікає фотострум, який створює на np-переході різниця п...
