Учебное пособие по курсам «Фотоэлектрические явления в полупроводниках» и«Фотоэлек­трические явления в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах»



Download 0,72 Mb.
bet21/21
Sana24.02.2022
Hajmi0,72 Mb.
#183903
TuriУчебное пособие
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21
Bog'liq
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Т_
Т
Т Л>2
(15)
2qGAf J V 7
Выражение (15) поддаётся простой интерпретацией. Для полосы частот шириной А/" самым
малым (разрешимым) элементом времени являются At = —-—. Следовательно —-— есть

f = ymNсм + аРФ -Упр + i; f (2.14) 18
(Ап) 23
п0 28
— = кТ гз~ 38
и е /кт = VS р 46
■N : 77

Итак т - самый малый наблюдаемый элемент времени, a N- среднее число случайных фо­тонных явлений, имеющих место за время наблюдения.


f

2

Т_

It
qG,

(18)

(
J V2

2qGAf



Учитывая (16) и I = qFG
l
T_
T
=¥t^=N/2
(19)

KqGj
Если искусственно увеличить время наблюдения т , используя узкополосный усилитель, на-
1/
/2
пример, то отношение сигнала к шуму возрасте ~ т'
Уравнение (19) показывает, что минимально обнаруживаемый световой сигнал равен корню числа фотонов фонового излучения той же длины волны, что и принимаемое излучение. Соотношение для дробового эффекта является удобным для сравнения различных шумовых токов, встречающихся в полупроводниковых и вакуумных приборах.
Подставляя G = —,получим шумовые токи в фотоприёмнике (генерационно -
рекомбинационные шумы). Наконец, шумы теплового возбуждения можно описать, если принять следующее выражение для G и I :
G = — ,
L
кТ
I = SA (20) - беспорядочный диффузионный ток
Ldq
Ld - диффузионная длина L - расстояние между электродами 5 - электроотрицательность
А - сечение фотопроводника, имеющего сопротивление R с термодинамическим шумом

  • АкТ

1гп=—¥ (21)
К
Выражение (20)позволяет легко определять величину приложенного поля, при котором “то­ковый шум” будет превышать шум теплового возбуждения : это поле k
qLd
Если поле больше указанного, то оно вызовет дрейф носителя (длина дрейфа >диффузион- ной длины).
Минимальная величина шума в фотоприемнике определяется выражением (14) ?????????
Это превышение может обуславливаться контактами и разными неоднородностями в фото­
проводниках. Этот шум ведёт себя, как J где ^ _ частота. Шум этот особенно су­
щественен на низких частотах (вплоть до 10- гц).





Шумы определяют пороговый поток, т. е. ????поток, который может быть определён фото­приёмником за данное время и при данной вероятности обнаружения .
W = mUun
Где
W - сигнал
m - коэф. характеризующий отношение сигнала к среднеквадратичному значению шума
Г*
р _ пор пор

Где

(<Р = ~) а - интегральная чувствительность.


_
гц7

вт/
Eqn 1

р

V



P
см ■ гц7 вт
w - мощность, эквивалентная шуму
-Jqn sJqnAf qnAf
D =
P
N
m V
Р
1
Р
= —=3MLLI=NEP (эквив. мощность шума)
D =
Р
пор
Нормализованная пороговая чувствительность
S
D
=
2mAf

Р


  1. ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ. ФОТОДИОД




В равновесии имеем


-г +/; +ip-II

  • I" +1р =0 (из принципа детального равновесия)

/; -ц= о

К = Ц = 1 ps ( I PS -T0K ДЫР°К)
При освещение n-области изменение концентрации основных носителей заряда можно не учитывать, т.к. они быстро термолизуются. Концентрация не основ­ных носителей заряда увеличится. Следовательно, возрастёт дырочный ток из n-области. Обозначим его If. Он и нарушит установившееся равновесие. В ста­ционарном состоянии ток через р-п-переход равен нулю:
If -Г_ +Г+ +IP-II = 0
Г
1 f
освещение не меняются:
/” =1,

ps
де слева стоят
I f и токи равновесных носителей заряда . Из них j" и 1
Р
при
Г
=/
-
А токи/" и 1Р примут вид
ёя>
Г =1 ект

qcp_




' ЧЧ>

>




г чч>

\

ё
1

екТ

-1

~JPs

екТ

-1




V

У




\

У


Г =1 ект
+ ps


Подставив, получим :


= 0



Или обозначив 1ш + lps = Is , получим
r да ^
If~Is\erT -^ = 0
Отсюда для вентильной фото-ЭДС получаем


к
f

+ 1
т
1 ф =—In
Я


При замыкании концов фотодиода на внешнюю цепь, имеем:
( qcp ''
= /
erT -1 v У
Или


г

1 + -

У

кт
1 Ф =—m
Я



Если / = — ,то R






Это общее уравнение ФД в режиме вентильного фотоэлемента. If =I + Iy (утечки)
Если R мало, то / »1у ,т.е. / = I f
В фотодиодном режиме





  1. СПЕКТРАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОПРОВОДИМОСТИ

Состояние поверхности оказывает большоё влияние на многие электрические процессы в фотопроводнике (независимость выпрямления от рода металла, эффективного поля).
Зависят от состояния поверхности следующие эффекты: 1) контактная разность потенциалов, и её зависимость от освещения 2) выпрямление, 3) явление поглощения и переноса носи­телей заряда, 4) поверхностная проводимость и фотопроводимость (зависимость времени жизни от состояния поверхности) 5) эффективного поля.
Для очень тонких стержней полупроводников измеряемое время жизни и истенное связано соотношением :

  1. 1 2 S

т d
Где
т - объемное время жизни гп - измеряемое,
S - скорость поверхностной рекомбинации d - толщина образца
Этим соотношением определяется спектральная зависимость фотопроводимости полупро­водников. Максимум спектральной чувствительности (коротковолновый спад объясняется тем, что времена жизни на поверхности и объёме отличаются ). Для нечувствительных об­разцов такого различия нет, поэтому нет и максимума
Относительная
чувствительность


4000 5000 6000 7000 8000 л



ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как мы уже видели, существенным противоречием в объяснении резуль­татов фотодиэлектрических (и фотоэлектрических вообще) исследований явля­ется противоречие между микроскопическим и макроскопическим подходом, когда зачастую одни и те же результаты пытаются объяснить либо с помощью специальной схемы электронных переходов, наделяя при этом локальные цен­тры особыми свойствами, либо с привлечением коллективных (макроскопиче­ских) барьеров, учитывая особенности экранирования. Альтернатива локаль­ный центр - коллективный барьер существует и в других областях физики по­лупроводников.
Такое положение вещей, по-видимому, связано с общей ситуацией, когда исследование свойств широкозонных полупроводников дало жизнь целому ря­ду проблем, трудно разрешимых с помощью одних лишь традиционных для классических полупроводников методов исследования. В этой связи вполне уместным явилось привлечение методов, типичных для диэлектриков. Даль­нейшее развитие исследований фотодиэлектрического эффекта должно привес­ти к расширению функциональных возможностей широкозонных полупровод­ников и к более широкому и разнообразному их использованию в технике, а также на базе лучшего понимания явлений к развитию методов определения параметров неоднородных широкозонных материалов.
Литература

  1. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. - М.-Л., Физ- матгиз, 1962.

  2. Роуз А. Основы теории фотопроводимости. М.: ИИЛ, 1963.

  3. А.М.Филачев, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков. Твердотельная фотоэлектро­ника. Физические основы. - М.: Физматкнига, 2005.

  4. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учебник для ву­зов. 5-е изд., испр. - СПб.: Лань, 2001.

  5. Роках А.Г. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и диэлектриках.- Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1984.

  6. Роках А.Г., Стецюра С.В. и Сердобинцев А.А. Гетерофазные полупроводни­ки под действием излучений // Известия Саратовского университета. Серия «Физика». - 2005. Т. 5, в. 1. - С. 92-102.

Вопросы по курсу

  1. Фотоактивное поглощение.

  2. Первичные и вторичные фототоки.

  3. Фотопроводимость и ее стадии.

  4. Примеры простых фотопроводящих систем.

  5. Реакция фотопроводника на прямоугольный импульс света.

  6. Характеристические соотношения фотопроводимости.

  1. Фотопроводники с одним классом центров рекомбинации.

  2. Статистика рекомбинации Шокли-Рида и ее применения

  3. Время диэлектрической релаксации и радиус экранирования монополярного фотопроводника.

  4. Радиус экранирования в компенсированном полупроводнике.

  5. Классификация фототоков в однородном полупроводнике.

  6. Рекомбинация и прилипание.

  7. Добротность фотопроводника.

  8. Токи, ограниченные пространственным зарядом в фотопроводниках.

  9. «Треугольник Ламперта».

  10. Фотопроводимость поликристаллических полупроводников.

  11. Квазиуровни Ферми и их роль в описании процессов фотопроводимости.

  12. Фотопроводники с двумя классами центров рекомбинации.

  13. Электронное легирование фотопроводников.

  14. Продольная и поперечная фотопроводимость.

  15. Фотопроводимость, ограниченная контактами, на примере продольного фоторезистора

  16. Фотопроводимость при экситонном поглощении и спектральная характеристика фото­проводника.

  17. Спектральная характеристика фотопроводимости.

  18. Прилипание и фотопамять.

  19. Отрицательная фотопроводимость при примесном и собственном возбуждении.

  20. Аномальная фотопроводимость и ее объяснение.

  21. Фотодиэлектрический эффект. Эквивалентные схемы.

  22. Отрицательная и остаточная фотоемкость.

  23. Классификация фотодиэлектрических эффектов.

  24. Вывод и интерпретация уравнения фотодиода.

  25. Шумы и пороговая чувствительность фотоприемников.

  26. Измерение параметров фотоприемников.

Темы рефератов

  1. Фотокатоды и приборы на их основе.

  2. Фотоэлектрические процессы при лазерной печати.

  3. Фотоприемники для лазерного считывания информации.

  4. Процессы в быстродействующих фотоприемниках.

  5. Охлаждаемые и неохлаждаемые инфракрасные фотоприемники.

  6. Электронно-оптические преобразователи.

  7. Рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП).

  8. Пороговая чувствительность фотоприемника и ее измерение.

  9. Фотоприемники на основе квантово-размерных эффектов.

  10. Фотоприемники на основе теллурида кадмия-ртути (КРТ).

  11. Фотоприемники на основе теллурида свинца и олова (СОТ).

  12. Фоточувствительные ПЗС-матрицы.

2
где г - эффективный радиус центра рекомбинации (S=m ).
При е & 10 , Smax~ 10-12 см2. Для нейтрального центра S соответствует атом­ным размерам, то есть S& 10'15 см2. Для отталкивающего центра сечение захвата меньше. Минимальное значение, полученное из экспериментальных данных, 5»>,*10-22см2
В невырожденных полупроводниках рекомбинация обычно происходит через уровни в запрещенной зоне, формируемые примесями и дефектами кри­сталлической структуры, нарушающими периодический потенциал поля кри­сталлической решетки. В широкозонных полупроводниках и изоляторах кон­центрация примесных состояний (примесных центров) в условиях слабой и средней освещенности значительно превышает концентрацию свободных носи­телей заряда. Изоляторы обладают более или менее непрерывным спектром ло­кальных уровней в запрещённой зоне, обладающих повышенной плотностью при некоторых дискретных значениях энергии. В расчетах, однако, чаще всего локальные уровни учитываются как дискретные. Проведение теоретических расчетов с учетом нескольких дискретных уровней представляет собой доста­точно сложную задачу, поэтому основные закономерности стараются выяснить на модели с одним - двумя уровнями рекомбинации. Уровень рекомбинации - это уровень, локализованный в запрещенной зоне и имеющий высокую вероят­ность обмена носителей с обеими зонами.

1 = И= (Ins -Р-область)

Download 0,72 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish