Фотопроводимость полупроводников

Люминесценция полупроводников

Под люминесценцией понимают электромагнитное нетепловое излучение, обладающее длительностью, значительно превышающей период световых колебаний. Для этого используют ПП с шириной запрещенной зоны (арсенид галлия, фосфид галлия, карбид кремния). Для возникновения люминесценции в П необходимо вывести атомы из термодинамического равновесия, т.е. возбудить их. Для этого используют различные способы:

-электрическим полем;

-бомбардировкой ПП электронами;

-освещением.

Излучение квантов света (фотонов) происходит за счет перехода электрона на более низкий энергетический уровень при межзонной рекомбинации с участием рекомбинационных ловушек. Частный случай люминесценции является электролюминесценция. На ее основе работают излучатели, которые преобразуют электрическую энергию в энергию оптического излучения заданного спектра.

 

Электропроводность ПП увеличивается под действием электромагнитного излучения. Если энергия фотона равна или больше ширины запрещенной зоны (hf ≥∆Wз), то совершаются переброс электронов из валентной зоны в зону проводимости, что приведет к появлению добавочных (неравновесных) электронов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне). Возникает собственная проводимость ПП.

Если ПП содержит примеси, то фотопроводимость может возникнуть при hf ≤∆Wз. Для ПП с донорной примесью фотон должен обладать энергией hf ≥∆Wд, а с акцепторной - hf ≥∆Wа.

При поглощении света примесными центрами происходит переход электронов с донорных уровней в зону проводимости ПП с n – проводимостью или из валентной зоны на акцепторные примеси, если кристалл p – проводимости.

В результате добавляется примесная фотопроводимость.

Каждый материал ПП характеризуется красной границей фотопроводимости, где максимальную длину волны, при которой возможна фотопроводимость.

λ₀ = ch /∆W – для собственного ПП и приходится на видимую область спектра.

λ₀ = ch /∆Wn – для примесного ПП и приходится на инфракрасную.

Фоторезистивный эффект.Изменение электрической проводимости ПП под действием света. При Ф=0 ПП обладает начальной проводимостью σ0 = е (ni μ_n + pi μ_p).

Под воздействием света в ПП генерируют избыточные носители и проводимость определяется:

σф = е(∆ni μ_n + ∆pi μ_p)

Полная проводимость:

σ = σ0 + σф

Полупроводниковые Болометры.Предназначен для измерения мощности лучистой энергии, для регистрации распределения энергии в инфракрасных спектрах.

Это термосопротивление состоит из тонких пленок, поверхность которых имеет прямоугольную форму, чувствительность их на порядок выше металлических.

Он состоит из двух пленок, одна из которых работает в качестве приемника энергии излучения, а другая – компенсирует изменения температуры окружающей среды. Он включается в мостовую схему.

Для излучения «дрейфа» механически моделирует измеряемое излучение, а затем усиливает сигнал с частотой модуляции.

Порог чувствительности Вт.

Минимальная мощность, регистрируемая болометром, равна Вт, что соответствует изменению температуры меньше градуса, при этом выходной сигнал моста меньше 1 мкв.