4. Фотопровідність напівпровідників

Фотопровідність напівпровідників – це збільшення електропровідності напівпровідників під дією електромагнітного випромінювання. Вона визначається як властивостями основної речовини, так і домішками, що містяться в ній.

Власна фотопровідність

Якщо енергія фотонів дорівнює або перевищує ширину забороненої зони (hv Е), електрони можуть бути перекинуті з валентної зони в зону провідності (рис.29.4, а), що приведе до появи додаткових (нерівноважних) електронів (в зоні провідності) і дірок (у валентній зоні). Власна фотопровідність зумовлена як електронами, так і дірками.

Рис. 29.4

Домішкова фотопровідність

Якщо напівпровідник містить домішки, то фотопровідність може виникати і при hv < Е: при донорній домішці фотон повинен мати енергію hv Е_D, при акцепторній домішці hv Е_A. При поглинанні світла домішковими центрами відбувається перехід електронів з донорних рівнів в зону провідності у випадку напівпровідника п-типу (рис.29.4,б) або з валентної зони на акцепторні рівні у випадку напівпровідника р-типу (рис.29.4,в).

Домішкова провідність для напівпровідників п-типу – чисто електронна, для напівпровідників р-типу – чисто діркова.

Червона межа фотопровідності () – це максимальна довжина хвилі, при якій ще фотопровідність збуджується.

(власні напівпровідники);

(домішкові напівпровідники)

де – в загальному випадку енергія активації домішкових центрів.

Люмінесценція твердих тіл

Люмінесценція – це нерівноважне випромінювання, надлишкове при даній температурі над тепловим випромінюванням тіла і таке, що має більшу тривалість, ніж період світлових коливань.

Люмінофори – це речовини, здатні під дією різного роду збуджень світитися.

Класифікація люмінесценції за способом збудження:

– фотолюмінесценція (під дією світла);

– рентгенолюмінесценція (під дією рентгенівського випромінювання);

– катодолюмінесценция (під дією електронів);

– електролюменесценція (під дією електричного поля);

– радіолюмінесценція (при збудженні ядерним випромінюванням );

– хемілюмінесценція (при хімічних перетвореннях);

– триболюмінесценція (при розколюванні, наприклад, цукру).

Класифікація люмінесценції по тривалості свічення:

1. Флуоресценція (t с);

2. Фосфоресценція (свічіння, що продовжується протягом помітного проміжку часу після припинення збудження).

Правило Стокса

Правило Стокса формулюється так: Довжина хвилі люмінесцентного випромінювання завжди більша за довжину хвилі світла, що збурило його.

Кристалофосфори

Кристалофосфори – це ефективно люминесцующі штучно вирощені кристали з чужорідними домішками.

Фосфоресценція кристалофосфорів по зонній теорії

Домішкові рівні активатора розташовуються між валентною зоною і зоною провідності. Для виникнення тривалого свічіння кристалофосфор повинен містити центри захоплення, або пастки для електронів (Л₁, Л₂). Тривалість процесу визначається часом перебування електронів в пастках.

Контакт електронного і діркового напівпровідників (р-п-перехід)

1. Електронно-дірковий перехід (р-п-перехід)

Границя стикання двох напівпровідників, один з яких має електронну, а другий – діркову провідність, називається електронно-дірковим переходом (р-п-переходом). Ці переходи мають велике практичне значення, оскільки вони лежать в основі роботи багатьох напівпровідникових приладів.

Перехід не можна здійснити просто механічним з'єднаннямдвох напівпровідників: його створюють або при вирощуванні кристалів, або при їх відповідній обробці. Наприклад, для отримання р-п-переходу на кристал германіюп-типу накладаєтьсяіндієва"таблетка" (рис. 37.1, а). Ця система нагрівається приблизно при 500 °Су вакуумі або в атмосфері інертного газу; атомиіндіядиффундуютьна деяку глибину в германій. Потім розплавповоліохолоджують.Оскількигерманій, щомістить індій, має діркову провідність, то награницірозплаву, що закристалізувався, і германіюп-типуутворюєтьсяр-п-перехід(рис. 37.1, б).

Рис. 37.1