Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
по-видимому, является более общим. Это определение применимо как для области токов, ограниченных объемным зарядом, так и для омических токов, для любой последовательности включения света и напряжения и для широкой области напряжений вплоть до нуля. Оно применимо также и для интерпретации значений M в фототриодах.
Следует отметить, что разной очередности приложения напряжения и освещения соответствуют неравные фототоки и фоточувствительности при одинаковом значении М. В том случае когда вначале прилагается большое напряжение, а потом фотопроводник освещается, время жизни электронов
Т"= п,(Е,)т,- <5Л5>
Когда же вначале фотопроводник освещается, а затем прилагается напряжение, соответствующее началу области токов, ограниченных объемным зарядом, время жизни электронов
п, {Ef, Е/п) vs„ '
(5.16)
Таким образом, при переходе от омической области к области токов, ограниченных объемным зарядом, происходит скачкообразное или по крайней мере очень быстрое увеличение фоточувствительности (причем отношение фоточувствительностей ДО H после этого скачка примерно равно М).
§ 3. Случаи, когда время прилипания больше, чем время жизни
Выше при анализе влияния уровней прилипания на время фотоответа мы всюду предполагали, что электроны на уровнях прилипания находятся в тепловом равновесии со свободными электронами, т. е. что электрон захватывается за время, малое по сравнению с его временем жизни. Однако в гл. 3, § 3 было отмечено, что если время захвата свободного элек- Произведение усиления на ширину полосы. Часть II 111
трона в несколько раз больше его времени жизни, то кинетика фототока в таком фотопроводиике не отличается от случая фотопроводника, свободного от уровней прилипания. Таким образом, в этом случае время фотоответа приближается к времени жизни свободных электронов. С другой стороны, сдвиг порога возникновения токов, ограниченных объемным зарядом, связанный с наличием уровней прилипания, не зависит от их сечения захвата. Следовательно, появляется по крайней мере формальная возможность отклонения от симметричного и взаимно компенсирующего влияния уровней прилипания на время пролета и время фотоответа, отмеченного в § 1 настоящей главы. Величина этого отклонения примерно равна отношению концентраций прилипших и свободных электронов, т. е. примерно равна коэффициенту М.
Этот способ получения больших значений М, по-видимому, не имеет существенного значения для чувствительных фотопроводников, в которых, по определению, т велико и, вероятно, во много раз превосходит время, необходимое для захвата свободных носителей. Однако это явление может играть существенную роль в случае некоторых фотопроводников с низкой фоточувствительностью ').
§ 4. Фототриоды
- фототриоды (фиг. 29) представляют собой приборы в которых реализуется специфический способ получения значений М>\. Фототриоды являются также удобным связующим звеном при переходе от обычных усилителей типа полупроводникового .триода к фотопроводникам, рассматриваемым в качестве усилителей.
') Соммерс [12]. анализируя характеристики приборов, в которых используются яысокоомные фотопроаодники с одним плавающим контактом (дидикон, электрофакс, ксерография), показал, что может быть получено существенное увеличевие коэффициента усиления в том случае, когда время захяата носителей превосходит их рекомбинацнонное время жизни. 112
Коэффициент усиления фототрнода равен отношению времени жизни свободной пары в области базы к времени пролета электрона через базу. Это следует
—- СеЬ — --СЬс-""
нз определения коэффициента усиления фотопроводника, данного в гл. 2. Следовательно, можно записать
0 = ~. (5.17)
Время фотоответа в неравновесном случае может быть определено как время, необходимое для удвоения тока через переход. Это время не меньше, чем время жизни свободной пары в области базы. Интенсивность света, падающего на фототрнод, может быть записана в виде
(5.18)
Однако если концентрация свободных электронов в базе увеличилась в два раза, то потенциальный барьер между эмиттером и базой должен уменьшить- Произведение усиления на ширину полосы. Часть II 113
ся на величину ЬТ/е для того, чтобы было достигнуто новое равновесное состояние, Следовательно, свет должен обеспечить соответствующее изменение заряда на переходе эмиттер — база, .чтобы создать это изменение потенциала. Для простоты мы пренебрежем емкостью база — коллектор, которая должна быть малой при напряжениях на коллекторе, больших по сравнению с контактным потенциалом между п- и р-областями. Изменение заряда перехода эмиттер — база равно
а полное время фотоответа
-+^-('+?- (5.19)
Если мы теперь попытаемся найти оптимальные условия для работы фототриода, то увидим, что уменьшение длины L базы приводит к уменьшению времени пролета и, следовательно, к увеличению коэффициента
усиления. При этом время фотоответа, согласно (5.19J,, остается неизменным до тех пор, пока e2nL>kTCeb. Если же уменьшить L настолько, что член kTCeble2nL станет преобладающим в (5.19), TO Время Tq станет равным времени, необходимому для заряда геометрической емкости между эмиттером и базой. При этих условиях вместо (5.19) имеем
