Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
Разработка теории фотопроводимости имеет весьма существенное значение для многих смежных областей. Например, анализ рекомбинационных процессов в фогопроводянках в равной мере пригоден для аналогичных процессов в полупроводниках и люми- Предисловие автора
несцентных материалах. Усиление тока в фотопровод-HHKav является близким аналогом усиления тока в полупроводниковых триодах. В одинаковой форме выражается произведение коэффициента усиления на ширину полосы для фотопроводников и полупроводниковых триодов, Причем в обоих случаях оно выводится при помощи анализа протекания токов, ограниченных объемным зарядом. Исследование физических процессов в фотопроводниках в значительной степени облегчено универсальностью оптической генерации свободных носителей по сравнению с чрезвычайно специфическими условиями электрической ин-жекции. Наконец, анализ шковых шумов, процессов захвата и явлений на электрических контактах {которые имеют важное значение не только для фотопроводников) часто проводится наиболее просто именно для фотопроводпиков.
Явления фотопроводимости весьма подробно описаны в книге р, Вьюба «Фотопроводимость твердых тел*. Значительно более скромной целью настоящей книги является краткое изложение некоторых вопросов феноменологической теории фотопроводимости, которые я считаю полезными для понимания реком-бинационных Процессов, взаимодействия между токами, ограниченными объемным зарядом, и фототоками, роли электрических- контактов и токовых шумов в твердых телах. Литература включает в себя работы, материал которых использован в соответствующих главах, а также некоторые основные статьи, содержащие другие точки зрения на рассматриваемые вопросы. В более полном объеме литератора по фотопроводимости приведена в книге Бьюба.
Содержание настоящей книги является частью курса «Злектронпые процессы в изоляторах», прочитанного автором в 1961 —1962 гг. на факультете элек-троинжеперов в Принстонском университете. Это дало Мне возможность систематизировать с единой точки зрения многочисленные разрозненные работы. Я признателен участникам семинара и сотрудникам факультета Г. Варфнлду, С- родригесу и П, Бартеру за многочисленные кріп ическце замечания. Для меня Предисловие автора
были очень полезны бесе ты. а также совместный анализ некоторых вопросов с сотрудниками лабораторий фирмы RCA в npuuCTOue Д Нортом. М. Ламперточ, Р. Быобом. Г, Соммерсом. р Вцдьямсом и с сотрудниками лабораторий фирмы RCA в Цюрихе Ф, Шток-мапом и В. Руппе^ем Наконец, я имел счастливую возможность участвовать во многих ранних работах по фотопроводимости, токам, ограниченным объемным зарядом, и явлениям на контактах, предпринятых р. Веймсром, P- Быобом. Р. Смитом, С. Форгью, А. Коупом и Р. Внльямсом.
Июнь 1962 г Принстон, Нью Джерси
Альберт Роуз ГЛАВА 1
ВВЕДЕНИЕ
Поглощение света в твердых телах является процессом, подчиняющимся законам квантовой механики и приводящим к переходу электроноп на более высокие энергетические уронни. Как правил", этот процесс сопровождается увеличением проводимости, например, при возбуждении электронов из лока тизоваиных состояний в запрещенной зоне или из заполненной (непроводящей) валентной зоны в зон\ проводимости, ГІри этом несущественно, происходят ли такие переходы электронов на более высокие энергетические уровни за' счет поглощения света, бомбардировки быстрыми электронами ') или электрической инжек-цин. Анализ процессов фотопроводимости, проводимый в настоящей книге, применим к любому из этих видов возбуждения. Наибольшее внимание уделено важной для понимания процессов фотопроводимости зависимости стационарной концентрации неравновесных носителей от времени жизни этих носителей.
Если электроны возбуждаются в зону проводимости из валентной зоны, то увеличивается концентрация как свободных электронов, так и свободных дырок. Прямая рекомбинация свободных электронов и дырок, как правило, является менее вероятным процессом по сравнению с непрямой рекомбинацией через примесные центры и дефекты решетки Такие центры рекомбинации присутсівчют в веществе в концентрациях, которые, как правило, превышают кон-
') Хотя электроны переводятся светом или электронной боЧ' бардировкоіі в состояния, расположенные выше ішжнеи границы зоны проводимости, однако они переходяс в тепловое равновесное состояние за время I0~s—10"|а сек, которое мяло но сравнению с обычным временем жизни нерашюоесныч электронов а зоне проводимости. 12 1 Глава 1
цеіітраіши свободных носителей, и обладают значительно большим сечением захвата свободных носителей, чем сечение захвата при прямой рекомбинации.
В этой книге предполагается существование уровней Этих центров R запрещенной зоне и только кратко упоминается об их физической и химической природе. Для такого предположения есть следующие основания, Во-первых, известно, что химические примеси и дефекты решетки содержатся в веществе в концентрациях IOli с.и~3 и выше. (Концентрация дефектов IO15 см~3 соответствует одному дефекту на IOa атомов вещества.) Во-вторых, время ответа фотопроводника может существенно измениться при введении центров рекомбинации в концентрации, даже меньшей чем )01С> C-U"3. Поскольку имеется очень мало сведений (полученных отличными от методов фотопроводимости способами) о столь чалых концентрациях центров рекомбинации, можно предположить существование уровней этих центров в запрещенной зоне почти во всех материалах и использовать анализ процессов фотопроводимости для проверки Этого предположения.
