6.2 Власна та домішкова фотопровідність

Процес генерації нерівноважних носіїв заряду при опромі­ненні напівпровідника називається внутрішнім фотоефектом. Додат­кова електропровідність напівпровідника, яка виникає за рахунок над­лишкових нерівноважних носіїв заряду, генерованих випромінюван­ням, називається фотопровідністю.

При відсутності освітлення темнова електропровідність От=е(поип+роир), (6.5)

де е - заряд електрона, ип і ир - рухливості електронів і дірок. При освітленні світлова електропровідність

осв = е(пип + рир) = е[ип (п0 + До) + ир(р0 + Ар)] = = е(поип + роир) + е(ип Ап + ир Ар) = от + Оф.

Отже, додаткова електропровідність при освітленні називається фо­топровідністю і дорівнює

сф=е(ипДп + ирДр). (6.6)

В залежності від енергії світлових квантів може збуджуватись власна і домішкова фотопровідність. Коли енергія поглинутого елект­роном фотона не менша ніж ширина забороненої зони, відбувається його перехід із валентної зони в зону провідності (переходи 1,3 рис.6.1). Генеруються електрон і дірка. Має місце власна, або біполяр­на фотопровідність, величина якої визначається формулою (6.6). Як уже зазначалось, умовою її існування є нерівність

Ьс

Еф=1іу= — >АЕ8. (6.7)

При Еф=ДЕ8, маємо мінімальну частоту V, і максимальну довжину хвилі А, світла, коли воно ще фотоелектрично активне. Ці параметри називаються „червоною" (довгохвильовою) межею фотопровідності

ДЕ,

Ьс

ДЕ„

(6.8)

Домішкова фотопровідність спостерігається при значно мен­шій частоті, або більшій довжині хвилі. У цьому випадку для іонізації домішкових атомів (переходи 2,4 рис.6.1) необхідна значно менша енергія фотона. „Червона" межа домішесової фотопровідності виража­ється аналогічним (6.8) співвідношенням, якщо ДЕ^ замінити на енер­гію активації донора Е0 чи акцептора Ед. При домішковій фотопрові­дності генеруються носії одного знаку, тому така фотопровідність називається монополярною

°ф = еипДп

і Оф=еирДр) (6.9)

і СГф

для донорного і для акцепторного напівпровідників відповідно.

Для збудження домішкової фотопровідності домішкові атоми ще не повинні бути термічно іонізовані. Тобто температура фотопро-відниЕса повинна бути нижчою, ніж температура виснаження домішки (див. розділ 5.7).

Як власна, так і домішкова фотопровідність залежать від дов­жини хвилі випромінювання (рис.6.2). В області коротких дов­жин хвиль спостерігається власна фотопровідність, а в

довгохвильовій області -домішкова, причому домішкових смуг може бути декілька у відповідності з різними енергіями активації різних домішок. Спад фотопровідності з боку великих довжин хвиль (правий спад на рис.6.2) зумовлений енергетичними обмеженнями, коли енергія фото­нів уже менша від ширини забороненої зони, чи енергії активації до­мішки. Спад з боку коротких довжин хвиль пояснюється так званим ексітонним поглинанням, введеним вперше Френкельом. Ексітонутворюється при переході електрона на більш високі енергетичні рі-

він не стає вільним. Електрон не втрачає повністю зв'язку з діркою. Таким чином, ексітон - це пара електрон-дірка, які можуть або реко-мбінувати, або розпастись на вільні носії заряду.