Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Лазарь С.С. -> "Физика полупроводников" -> 41

Физика полупроводников - Лазарь С.С.

Лазарь С.С. Физика полупроводников — Наука, 1985. — 460 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikov1985.pdf
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 152 >> Следующая

определяется наименьшей энергией, необходимой для такого
переброса, т. е. на первый взгляд должна определяться
соотношением
hv0 - А§о- (1.168)
Однако соотношение это не вполне точно. Дело в том, что при
поглощении света должен соблюдаться не только закон сохранения
энергии, но и закон сохранения импульса - электрон,
"проглотивший" фотон, получает в наследство не только его
энергию hv, но и импульс Рф = hv/c (где с - скорость света).
Следовательно, если электрон освобождается с самого верхнего
края заполненной зоны, где его скорость равнялась нулю, то в
верхней зоне он должен иметь такую скорость иг, чтобы
выполнялось соотношение
= mv2- (1.169)
Условия (1.168) и (1.169) не могут быть выполнены
одновременно; поэтому соотношение (1.168) должно быть заменено
более точным:
ftv0 = Ag0 + 2j?. (1.170)
Совместное решение уравнений (1.169) и (1.170) дает правильное
значение граничной частоты v0 полосы погло
108


щения. Однако если учесть, что импульс фотона рф =>
= hv/c относительно мал (так как скорость света с очень велика), то
оказывается, что уравнения (1.168) и (1.170) дают почти одинаковое
значение v0.
В более общем случае, когда электрон вырывается светом не с
верхнего края валентной зоны, а с произвольного уровня, на
котором он имел скорость vu законы сохранения энергии и
импульса приобретают вид
ftv = Ag0 + ^i-^i (1.171)
и
hv , .
- = |mva -mvi|.
Из сказанного выше следует, что | v2 | " | v4 |. В общем случае
вырывание светом электрона может происходить не только из
валентной зоны, но и из более глубоких и не только в первую
пустую зону, но и в более высокие. Совокупность всех возможных
переходов и дает полосу фундаментального (собственного)
поглощения.
Число электронов на различных уровнях в заполненных зонах и
свободных состояний (в свободных зонах), а также вероятность
соответствующих переходов различны. Поэтому значение k
колеблется внутри полосы поглощения. Тепловое д размытие и
смещение края полосы поглощения обусловлено' изменениями
ширины запрещенной зоны, связанными с тепловыми колебаниями
и тепловым расширением кристаллической решетки.
Казалось бы, что область фоточувствительности должна
распространяться на всю полосу собственного поглощения.
В действительности это не так: фотоэффект обычно наблюдается
только при поглощении света вблизи красной границы полосы
поглощения (см. рис. 1.30, б), которая поэтому также называется
красной границей фотоэффекта. Объясняется это следующим.
При hv > A S0 коэффициент поглощения очень велик и
практически весь свет поглощается в очень тонком поверхностном
слое полупроводника. При этом концентрация фотоэлектронов (и
освобожденных ими примесных центров и дырок) оказывается
очень велика, что соответственно увеличивает вероятность
рекомбинации и уменьшает время жизни носителей. Кроме того, в
поверхностном слое
109


всегда имеется большое число примесей и дефектов, облег-
чающих рекомбинацию и затрудняющих дрейф свободных
электронов (т. ё. снижающих их подвижность практически
до нуля). В силу этих причин свет с частотой v > Д '?0lh
поглощается в тонком поверхностном слое и обычно не
вызывает заметного фотоэффекта. Таким образом, красная
граница фотоэффекта определяется возможностью генера-
ции носителей (hv > Л§о). а синяя - условиями движения
и рекомбинации. Чем совершеннее
поверхность кристалла и сам кри-
сталл (т. е. чем меньше центров
захвата и прилипания носителей и
чем больше подвижность) и чем
ниже температура, тем дальше рас-
пространяется фоточувствитель-
ность в сторону коротких волн.
Примесное поглощение. На рис.
1.31 изображен схематически энер-
гетический спектр донорного при-
месного уровня вблизи нижнего
края зоны проводимости и стрел-
ками показаны возможные пере-
ходы *>. Таким образом, спектр
поглощения примесного атома дол-
жен состоять из одной широкой
линии (рис. 1.30, кривая 2а) и се-
рии узких (кривые б, в, г), что дей-
ствительно наблюдается на опыте.
Широкая линия соответствует
полной ионизации атома и созда-
нию фотоэлектрона, узкие линии -
возбуждению атома, который может быть потом ионизован
тепловым движением или еще одним квантом или вернуться
в нормальное состояние. Ширина линий, соответствующих
возбужденным состояниям, возрастает с ростом темпера-
туры за счет теплового движения атомов.
Законы сохранения энергии и импульса в случае примесного
поглощения имеют более сложную форму (так как в нем фигурирует
"третье тело"- примесный атом), и здесь мы на них
останавливаться не будем.
*) Среди этих переходов могут быть переходы, запрещенные правилами
отбора [19].
1
Сйободная 1 зона
I 3


к
\




1
1
-I
, 2 "- -



штж
Валентная зона
Рис. 1,31. Энергетический
спектр примесного центра.
по


Экситонное поглощение. Процессы, аналогичные рас-
смотренным выше, могут происходить и на основных (а не
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 152 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed