Mister 220V

 

Оптическая генерация носителей тока. Свободные носители, которые принимают участие в электропроводности полупроводника и находятся с решеткой в термодинамическом равновесии, появляются в результате термической генерации. Они называются уравновешенными, а проводимость в этом случае – уравновешенной проводимостью. Появление свободных электронов и дырок может быть связанная с другими факторами, в частности, с поглощением оптического излучения. Носители тока, которые возникли в материале, минуя термическое возбуждение, называются неуравновешенными. Соответственно и избыточная проводимость называется неуравновешенной.

При поглощении фотона електронно-диркова пара получает некоторую избыточную энергию и квазиимпульс. Уравновешенное распределение фотоносителей по энергиям и квазиимпульсам устанавливается за время, меньшее времени пребывания в соответствующих зонах. Поэтому они успевают "термолизуватися", то есть распределение их по энергиям и квазиимпульсам становится таким же, как и для уравновешенных электронов и дырок. Полная электропроводность:

s = q(m_nn0 + m_pp0 + m_nDn + m_pDp),

где n₀ и p₀ – уравновешенные концентрации электронов и дырок; Dn, Dp – неуравновешенные их концентрации.

Фотопроводимость:

s_ф = q(m_nDn + m_pDp)

При hn ³ Eg концентрация неуравновешенных электронов и дирок пропорциональная скорости оптической генерации, то есть g = ah(l)N_ф, где N_ф – поток фотонов, h(l) – квантовый выход фотоионизации (количество електронно-диркових пар, образованных одним квантом света).

Усиление фототока. В однородном полупроводнику фототок:

I_ф = qGK_ф,

где G – полная генерация; K_ф = t_n / tn + t_p / tp – коэффициент усиления; tn ,tp – времена пролета электронов и дырок между электродами при длине образца d и приложенному напряжению U:

tn = d² / (m_n U), tp=d²/(m_p U)

В результате:

K_ф = (t_n / tn + t_p / tp)U / d²

I_ф = qg(t_n / tn + t_p / tp)U / d²

Физическое содержание коэффициента усиления заключается в том, что, образованная светом неуравновешенная проводимость в полупроводнике хранится к тому времени, пока не рекомбинируются в объеме или не выйдут из него через контакты во внешнюю цепь остаточные носители. Поскольку электроны и дырки имеют резни подвижности, то при довольно больших напряжениях электрического поля (когда время пролета электрона через образец будет меньший времени жизни) за время к рекомбинации електронно-диркової пары от контакта до контакта пройдет электронов больше, чем один. Если время жизни и подвижность не зависят от поля, то фототок должен линейно возрастать с увеличением приложенного напряжения или уменьшением расстояния между контактами. Такая зависимость будет храниться до тех пор, пока время пролета дырок не уменьшится к времени жизни. После этого фототок перестает возрастать, так как эффективное время жизни неуравновешенной електронно-диркової пары начинает спадать пропорционально к приложенному электрическому полю, которое компенсирует увеличение скорости их движения. В этой области смещений быстродействие увеличивается. Нелинейная зависимость фототока может быть связана с возникновением объемного заряда в полупроводнике с зависимостью от электрического поля подвижности и времени жизни носителей вследствие них “разогрева”, то есть увеличение скорости выше тепловой при данной температуре.

Для собственного поглощения в области малых смещений при равномерной по объему генерации електронно-диркових пар изменение неуравновешенной проводимости определяется уравнением:

ds_ф/dt = q(m_n + m_p)G - s_ф / t_ф,

где t_ф = (m_nDn + m_pDp)( m_nDn / t_n + m_pDp / t_p)^-1

Это есть время релаксации фотопроводимости (время жизни неуравновешенной проводимости) и определяет темп затухания неуравновешенной проводимости (ф.

В стационарном состоянии (ds_ф/dt = 0) фотопроводимость:

s_Фст = q(m_n + m_p)G_tф

Видно, что чем выше t_ф, тем большая фотопроводимость, но и большее время установления стационарного состояния, то есть большая инерционность фотоприемного прибора и меньшая полоса пропуска Df. Качество фотоприемника оценивается его добротностью

Q = K_фDf

Для каждого типа фотоприемника с линейным механизмом усиления фототока его добротность есть величина постоянная .Выигрыш в коэффициенте усиления сопровождается пропорциональным уменьшением полосы пропуска и наоборот.

Метки: оптика, пнп, проводник