Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
Нередко на опыте наблюдается, что люксамперная характеристика имеет высокий показатель (от 3 до 5) в узкой области значений интенсивности света. Вне
Фиг. 11. Люк с амперные характеристики для CdSe при различных температурах, V = 10 в (Бьюб [3]).
этой области люксамперная характеристика близка к линейной. На фиг. 11 показана серия люксамперных характеристик, полученных Бьюбом [3] для CdSe при различных температурах. Логарифм интенсивности света, при которой начинается область люксамперяой характеристики с большим значением показателя, Рекомбинация 63
приблизительно пропорционален T-1. Люксамперная характеристика с показателем, большим единицы, называется суперлинейной.
Суперлинейность является, очевидно, необычным эффектом, так как следовало бы ожидать, что при вы« соких интенсивностях света должна проявляться сублинейность. Более того, суперлинейность экспериментально наблюдается и при низких интенсивностях света, т. е. в условиях отсутствия насыщения уровней рекомбинации. Следует также иметь в виду, что насыщение приводит к сублинейности. Короче говоря, для объяснения явления суперлинейности необходима весьма специфичная модель.
Модель для объяснения суперлинейности (фиг. 12) основывается на комбинации двух развитых выше представлений: об очувствлении (§ 11) и о легировании светом (§ 6). На фиг. 12, а показана энергетическая схема фотопроводника при низкой интенсивности света, когда между квазиуровнями Ферми находятся уровни рекомбинации только одного типа (уровни класса Г). Эти уровни обладают одинаковыми сечениями захвата для электронов и дырок, например равными IO-15 см2. Если концентрация этих уровней равна IO15 см~3, то времена жизни электронов и дырок одинаковы и равны IQ"7 сек, как и в предыдущем параграфе. Второй тип уровней (уровни класса //) располагается достаточно глубоко под уровнем Ejp, чтобы эти уровни можно было считать скорее уровнями прилипания, чем уровнями рекомбинации. Для уровней класса Il сечение захвата электронов равно IO-20 см3, а сечение захвата дырок— IO"15 см2- Концентрация уровней класса II значительно больше концентрации уровней класса I.
На фиг. 12, б показана схема того же фотопроводника при высокой интенсивности света, когда между квазиуровнями Ферми находятся уровни как класса I, так и класса Я. В этих условиях, как и в случае, рассмотренном в § 11, имеются два типа уровней рекомбинации. В результате включения уровней класса // в категорию уровней рекомбинации чувствительность фотопроводника и время жизни электронов
ь А- Р»у» 66 ,__Глава 5
увеличиваются на пять порядков. Это является примером увеличения фоточувствительности при легировании светом.
По мере того как уровни класса Il становятся уровнями рекомбинации, время жизни электронов
Фиг. 12. Модель для объяснения суперлинейности.
непрерывно увеличивается и фототок увеличивается суперлииейно при возрастании интенсивности света. После того как уровни класса Il превратятся в уровни рекомбинации, люксамперная характеристика опять становится линейной.
Строгое рассмотрение процесса превращения уровней класса Il из уровней прилипания в уровни рекомбинации должно учитывать положение демаркационных уровней, которые различны для каждого нз двух Рекомбинация
63
классов. Однако вопрос заключается в том, какая информация может быть получена из имеющегося количества данных. Достоинство анализируемой модели заключается в основном в том, что она дает простую качественную картину, при помощи которой объясняется суперлинейность люксамперной характеристики.
Температурный сдвиг области суперлинейности на фиг. 11 легко объясняется в рамках предложенной модели. Поскольку квазиуровень Ферми Efp определяется из соотношения
следует ожидать, что при постоянной интенсивности света (р —const) Efp будет удаляться от края зоны со скоростью, пропорциональной температуре. Следовательно, при более высокой температуре требуется более высокая интенсивность света, для того чтобы квазиуровень Ферми опустился ниже уровней класса II и чтобы проявилась суперлинейность.
Можно показать, что если р пропорционально интенсивности света f, то суперлинейность начинает проявляться при
Выражение (3.59) получено путем дифференцирования соотношения (3.58) и последующей замены дифференциалов на конечные разности. Оно дает относительное изменение интенсивности света, необходимое для того, чтобы начала проявляться суперлинейность при изменившейся температуре.
§ 13. Инфракрасное н температурное гашение
Многочисленные наблюдения показывают, что фототек, возбуждаемый светом из видимой области спектра, может быть существенно уменьшен, или «погашен», при освещении инфракрасным светом. Такое явление, как правило, наблюдается в наиболее
(3.58) 68 , Глава 5
чувствительных фотопроводниках, одним из которых является CdS.
Для объяснения этого эффекта пригодна та же модель (фиг. 13), которая используется в § 12 для
иг. 13. Модель для объяснения инфракрасного гашення.
объяснения суперлинейности. Предположим, ЧТО фОтО-проводник, в котором наблюдается суперлинейность, освещается светом такой интенсивности, которая как раз соответствует области суперлинейности. Это означает, что очувствляющие уровни класса Il превратились из уровней прилипания в уровни рекомбинации. Как отмечено в конце предыдущего параграфа, увеличение температуры при постоянной интенсивности света приводит к тому, что фоточувствительность уменьшается за счет сдвига квазиуровней Ферми к середи- Рекомбинация 63
