Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
На фиг. 17, а, которая представляет собой повторение фиг. 14, показано положение единого демаркационного уровня, расположенного симметрично с уровнем Ферми относительно середины запрещенной зоны, При концентрациях световых носителей, меньших концентрации темновых носителей, заполнение уровней останется таким же, каким оно было в тепловом равновесии, и будет определяться «темновым» уровнем Ферми. Для неосновных носителей все уровни, заполненные электронами и расположенные выше D, являются уровнями рекомбинации, причем основная часть этих уровней заключена между D и Ef.
На фиг. 17, б концентрация дырок, генерированных светом, превосходит темновую концентрацию ды- Рекомбинация
63
и г. 17. Переход от полупроводника к изолятору. Стрелками локазаио направление аереыгщеяв« уровней.
рок, в то время как для электронов имеет место обратное соотношение. Это переходная область. Поло-женке дырочного квазнуровня Ферми Ejp теперь отличается от электронного квазнуровня Ферми Efn,
6 A. Poys который продолжает совпадать с Es. Уровень Efj» сдвигается к валентной зоне, При этом уровень Dn отделяется от Dp и сдвигается к зоне проводимости на расстояние, которое равно сдвигу уровня Efp к валентной зоне. Таким образом, энергетический интервал IEjn, on| равен интервалу \E]V, Dp|. В интервале \Dn, Dpi заполнение уровней определяется кинетикой рекомбинационных процессов, и оно однородно, т. е. не зависит от энергии.
Заполнение уровней выше Dn определяется положением уровня Efn, а заполнение уровней ниже Dp — положением уровня Efp. Уровни в интервале |D„, Dp j представляют собой уровни рекомбинации как для дырок, так и для электронов (конечно, в зависимости от того, заняты ли они электроном или дыркой). Заполненные электронами уровни, расположенные выше Dn, являются уровнями рекомбинации для дырок. В стационарном состоянии рекомбинация электронов через уровни, расположенные выше Du, должна уравновешиваться рекомбинацией дырок через эти уровни. То же самое должно соблюдаться для уровней, расположенных ниже Dp.
Наконец, следует иметь в виду, что каждый тип центров рекомбинации имеет свою систему демаркационных уровней. Однако, поскольку эти системы демаркационных уровней сдвинуты друг относительно друга на величину kT, умноженную иа логарифм отношения сечений захвата носителей разных знаков, этим сдвигом часто можно пренебречь.
В случае, показанном на фиг. 17, в, закончен переход к изолятору, так как обе концентрации фотоноси-телей превосходят концентрации соответствующих темновых носителей. Демаркационные уровни Dn и Dp находятся на значительном расстоянии друг от друга, и большая часть уровней рекомбинации расположена между ними. Уровни Efn и Efp, как и выше, определяют заполнение уровней, лежащих вне интервала |Dn, Dp|. Таким образом, можно считать, что с точки зрения оптического возбуждения ширина запрещенной зоны уменьшена на величину .|D„ De|. Рекомбинация 63
§ 17. Отрицательный фотоэффект
В ряде работ по фотопроводимости приводятся сведения о наблюдениях уменьшения тока при освещении. В ранних работах при отсутствии ясного понимания механизма фотопроводимости или сложных рекомбинационных процессов отрицательный фотоэффект часто объяснялся фотохимическими явлениями. Возможно, что некоторая часть наблюдавшихся явлений имела химическую природу, но большая часть этих явлений, несомненно, связана с электронными процессами, что подтверждается их обратимостью. Надежные наблюдения отрицательного фотоэффекта в германии были недавно проведены Штокманом [19].
Отрицательный фотоэффект является весьма интересным явлением, так как кажется естественным, что освещение, при котором возбуждаются свободные носители, должно приводить к увеличению их концентрации. Однако инфракрасное гашение, рассмотренное в § 13, является примером того, как дополнительное освещение уменьшает проводимость. Но в случае инфракрасного гашения проводимость уменьшается до значения, не меньшего темновой проводимости. При этом происходит уменьшение фотопроводимости, вызванной более коротковолновым освещением. Таким образом, фотоэффект, вызванный светом одной длины волны, «уничтожается» светом другой длины волны. В случае отрицательного фотоэффекта происходит уменьшение темновой равновесной концентрации носителей, что на первый взгляд кажется непонятным. Как и следовало ожидать, условия проявления этого эффекта оказываются весьма специфичными.
Модель, предложенная Штокманом'), показана на фиг. 18. Качественно ее смысл заключается в том, что свет возбуждает электроны из валентной зоны на локальные уровни /, расположенные между уровнем
') Рассматриваемый механизм отрицательной фотопроводимости был впервые еще в 1947 г. подробно рассмотрен Волькен-штейном [22] и позднее (независимо) в связи с анализом схемы оатическнх переходов для CujO Жузе и Рывкниым [23, 24]. — Прим. ред.
б* 84 , Глава 5
Ферми и зоной проводимости. Для большей наглядности будем считать, что скорость теплового возбуждения электронов с этих уровней в зону проводимости настолько мала, что увеличение заполнения уровней приводит к пренебрежимо малому увеличению скорости теплового возбуждения в зону проводимости. В то же время свободные дырки быстро захватываются некоторыми другими уровнями II, расположенными ниже уровня Ферми. Эти уровни обладают
