Поглощение сета в твердых телах.

Свет, попадая в твердое тело, вступает с ним во взаимодействие, связанное с обменом энергии. Часть энергии излучения поглощается и идет на увеличение энергии электронов или фотонов (теплового движения атомов). Поглощение света в твердом теле происходит в соответствии с законом Бугера–Ламберта:

где R— коэффициент отражения; I₀ — интенсивность падающего излучения; α— коэффициент поглощения, d – толщина образца.

В полупроводниках различают пять основных видов поглощения излучения: собственное, примесное, экситонное, решеточное, на свободных носителях. Собственное (фундаментальное) поглощение определяется межзонными переходами электронов из валентной зоны в свободную и сопровождается генерацией электронно-дырочных пар. В зависимости от энергетического расстояния между зонами такое поглощение наблюдается в широкой области спектра, включая видимую, инфракрасную и ультрафиолетовую. Собственное поглощение — типично пороговый процесс, поскольку минимальная энергия поглощаемых фотонов определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Область вблизи h≈E_G называется краем собственного поглощения. При hν < E_G коэффициент собственного поглощения равен нулю и излучение проходит через полупроводник без потерь. Вид спектральных зависимостей коэффициентов поглощения различных полупроводников определяется структурой их энергетических зон. Для прямозонных полупроводников собственное поглощение для прямозонных полупроводников резко возрастает даже при малых превышениях энергии поглощаемых фотонов относительно E_G. Для непрямозонных полупроводников (Si, Ge, GaP и др.) переброс электрона в зону проводимости сопровождается изменением его квазиимпульса и требует участия в процессе поглощения третьего тела, например фонона. Примесноепоглощение связано с процессами ионизации или возбуждения примесных уровней, лежащих в запрещенной зонs полупроводника. При этом под действием фотонов соответствующей энергии возможны переходы электронов с примесного уровня в зону проводимости, из валентной зоны на примесные уровни (фотоионизация мелких уровней) или с одного примесного уровня на другой (фотоионизация и фотонейтрализация глубоких уровней). Экситонное поглощение характерно для полупроводников с достаточно широкой запрещенной зоной. Экситон — слабосвязанная пара «электрон–дырка», имеющая серию энергетических уровней. Это нейтральное образование. Его появление не приводит к изменению электрических характеристик образца. Если температура достаточно высока, то под действием тепловой энергии электрон переходит в зону проводимости, т. е. в этом случае получается результат, достигаемый при собственном поглощении света. При этом фотопроводимость не меняется. Решеточное поглощение происходит при взаимодействии поля световой волны с колеблющимися зарядами узлов решетки. Другими словами, при решеточном поглощении фотона рождается фонон, причем этот процесс не сопровождается фотогенерацией свободных носителей заряда. Таким образом, в результате поглощения излучения в полупроводнике возникают свободные носители заряда или изменяется концентрация этих носителей. Это явление носит название «внутренний фотоэффект» (ОТВЕТ НА 61 ВОПРОС) и характеризуется безразмерной величиной — квантовым выходом η, равным отношению числа генерируемых фотоносителей к числу поглощаемых полупроводником фотонов. При hν < E_G, η= 0, а при hν > EG η резко увеличивается и становится близким к единице, практически не меняясь при дальнейшем увеличении энергии фотонов. Избыточная энергия

ΔЕ=hν – Е_G идет на увеличение кинетической энергии электронов в зоне проводимости.