Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
Фототоки в аморфном селене, который используется в ксерографии, а также фототоки в тонких слоях порошка окиси цинка, используемых в другом электрофотографическом процессе (электрофакс), представляют собой хорошо изученные и описанные примеры действия запирающих контактов. В обоих случаях возбуждение производится сильно поглощаемым светом в области контакта, и максимальное усиление равно единице. Время фотоответа в процессе электрофакс было измерено [31 и оказалось порядка нескольких секунд, что было объяснено дрейфом носителей через тонкий слой окиси цинка при наличии центров прилипания. Время дрейфа свободных носителей в этом случае чолжно составлять Ю-9 сек.
При малых напряжениях коэффициент усиления меньше единицы и в некоторых случаях изменяете^ пропорционально приложенному напряжению. В $той облети напряжении носители в основном рекомбини- Электрические контакты
157
рукгг прежде, чем они будут вытянуты иа образца. Весьма яркий пример преобладающей роли рекомбинации был продемонстрирован Веймером для селена, облучаемого сильно поглощаемым светом высокой интенсивности при малых напряжениях. В этом случае фототок не возрастает с интенсивностью света, так как свет лишь создает у анода резервуар свободных дырок, который действует по отношению ко всему материалу как виртуальный омический контакт. В результате возникает ток, ограниченный объемным зарядом, зависящий только от приложенного напряжения, а не от интенсивности света.
К запирающему контакту примыкает обедненный носителями тока слой полупроводника (см. фиг. 39). Ширина этого слоя может быть вычислена с помощью простой формулы конденсатора, в которой рместо расстояния между пластинами нужно подставить половину ширины обедненного слоя. Последнее обусловлено характером распределения заряда в обедненном слое. Таким образом,
где V — сумма приложенного напряжения и контактного потенциала (величина изгиба зон), а п — общая плотность зарядов в полупроводнике. В вопросах, касающихся германия и кремния, п часто берется равной концентрации свободных носителей, что справедливо, если концентрация свободных носителей много больше концентрации носителей, захваченных уровнями прилипания.
Вообще говоря, для относительно плохо проводящих материалов п является суммой свободных и захваченных носителей, причем вклад последних обычно преобладает. В полную концентрацию включаются только те захваченные носители, которые могут быть термически удалены с урозней прилипания за время
Q = CV,
,-б
(S)''-2.5-W «.(8.5) 158
эксперимента. Очевидно, электроны, захваченные на уровни глубже 1 эб, потребуют практически бесконечного времени, чтобы термически возбудиться в зону проводимости при комнатной температуре. Поскольку концентрация захваченных электронов обычно порядка IO16 слг8, толщина обедненного слоя даже в изоляторах, где концентрация свободных носителей исчезающе мала, должна составлять только несколько микронов.
§ 3. Омические контакты
Омическим контактом называется контакт, представляющий собой резервуар носителей, которые могут по мере надобности переходить в полупроводник. Может показаться, что это определение является всего лишь окольным путем для описания контакта, в котором зоны загнуты так, что концентрация носителей вблизи контакта повышена по сравнению с остальным объемом полупроводника. Однако это определение включает также случай, описанный в § 2, где сильно поглощаемый свет высокой интенсивности обеспечивал наличие омического контакта даже в отсутствие такого загиба зон. Кроме того, запирающий контакт, если он достаточно тонок, чтобы сделать возможным туннельное просачивание носителей из металла в полупроводник, действует подобно омическому контакту, по крайней мере в том смысле, что для него соблюдается закон Ома и должны наблюдаться также токи, ограниченные объемным зарядом. В этом случае к обедненному слою достаточно приложить очень малое напряжение, чтобы обеспечить необходимый туннельный ток, и такой контакт можно рассматривать как «квазиомический». Наконец, нейтральные контакты действуют подобно омическим в узком смысле соблюдения закона Ома в области токов, не превышающих тока насыщения эмиссии. Нейтральные контакты не имеют резервуара, концентрация носителей в котором превышает объемную, H1 следовательно, они не позволяют получать токи, ограниченные объемным зарядом. Электрические контакты
159
На фиг. 40 показан омический контакт металла с полупроводником, причем металл имеет низкую работу выхода. Полученное Моттом и Герни распределение потенциала в полупроводнике имеет вид
(расстояние X отсчитывается от поверхности полупроводника), где
а плотность заряда
где Пі — концентрация носителей на поверхности, которая велика по сравнению с равновесной концентрацией носителей в объеме По.
Нетрудно заметить, что Li равно дебаевской длине, ум-ноженной на 1 [выражение для дебаевской длины имеет тот же вид, что и выражение (8.5) для толщины обедненного слоя с заменой V на &Г/2е]. Поэтому на фиг. 40 показана серия «дебаенских длин»1), причем каждая последующая «дебаевская длина» превышает предыдущую в корень из основания натуральных логарифмов е раз. Согласно выражению (8.6), на каждой «дебаевской длине» потенциал изменяется на Vt (для нескольких первых «де-баевских длин» это выполняется лишь приближенно). Наконец, плотность заряда на каждой последующей «дебаевской длине» уменьшается как квадрат основания натуральных логарифмов.
