Файл: Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках пер. с англ.pdf

15.Malmstrom. L. D., Schlickman J. / . , Kingston R. II., Journ. Appl. Phys.,

35, 248 (1964).

16.Smith A. W., Nathan M. I . Armstrong J. А ., Michel А. E., Weiser K .,

Journ. Appl. rhys., 35, 733 (1964).

17.Garjinkel M., Engeier W. E ., Appl. Phys. Lett., 3, 178 (1963).

18.D'Asaro L. A ., Cherlow J. M., Paoli T. L., IEEE Journ. Quantum Elcctr.,

4.164 (1968).

19. Paoli T. L., Ripper J. E., Phys. Rev. Lett., 22, 1085 (1969).

20.Басов H. Г., ГрасюкА. 3., Ефимков В. Ф., Зубарев Й . Г., Катулип В. А ., Попов 10. М., Journ. Phys. Soc. (Japan), 21, Suppl. 277 (1966).

21.Braunstein R., Ockman N., Phys. Rev., 134, A499 (1964).

22.Басов II. Г., Грасюк A . 3., Зубарев II. Г., Катулип В. А .. ФТТ, 7, 3639

(1965).

23.Kosonocky W. F., Optical and Electro-Optical Information Processing,

26.Hinkley E. D., Harman T. C., Freed C., Appl. Phys. Lett., 13, 49 (1968).

27.Chang T. Y ., Van Tran N., Patel С. K. N., Appl. Phys. Lett., 13, 357

(1968).

28.Patel С. K. N. et al, Phys. Rev. Let., 17, 1011 (1966).'

29. Wynne J. / . , Boyd G. D ., Appl. Phys. Lett., 12, 191 (1968).

30.Loudon R., Advances in Phys., 13, 423 (1964).

31.Leite R. С. C., Scott J. F., Damen T. C., Phys. Rev. Lett., 22, 780 (1969).

36.Brillouin L., Ann. de Phys., 17, 88 (1922).

Debye P., Sears F. W., Proc. Nat-. Acad. Sei., 18, 409 (1932).

37.Chiao R. Y., Townes C. H ., Stoicheff В. P., Phys. Rev. Lett., 12, 592 (1964).

40.Sliva P. O., Bray R., Phys. Rev. Lett., 14, 372 (1965).

41.Hervouet C., Lebailly / . , Leroux-Hugon P., Veillex /?., Solid State Comm.,

3, 413 (1965).

42.Hayakawa H., Kikuchi M.. Abe Y ., Japan Journ. Appl. Phys., 5, 734 (1966).

43.Kumar C. S., Sliva P. O., Bray R., Phys. Rev., 169, 680 (1968).

44.Spears D. L., Bray R., Appl. Phys. Lett., 13, 268 (1968).

45.Moore A. R., Appl. Phys. Lett., 13, 126 (1968).

46.Kawaji A . ,Yonezu H., Nemoto T., Proc. IEEE, 55, 1766 (1967). [См. пере­

49.Meyer N . I ., Jorgensen N. H., Baislev I., Solid State Comm., 3, 393 (1965).

50.Bonnot A ., Phys. Stat. Solidi, 21, 525 (1967).

51.Hakki B. W., Appl. Phys. Lett., 11, 153 (1967).

52.Pankove J. I., Moore A . R., RCA Review, 30, 53 (1969).

ВНЕШНИЙ ФОТОЭФФЕКТ

Вэтой главе мы рассмотрим взаимодействие между фотоном

иполупроводником, в результате которого происходит эмиссия электрона из полупроводника. При этом электрон проходит через границу между полупроводником и вакуумом, и, следовательно, мы должны учитывать влияние энергетических уровней на по­

верхности.

§ 1. ПОРОГ ФОТОЭФФЕКТА

Фиг. 13.1 служит для иллюстрации вводимых терминов. Уро­ вень вакуума Евак есть энергия, которой обладает электрон, поки­ дающий поверхность полупроводника и имеющий в вакууме прак­ тически нулевую кинетиче­ скую энергйю. Энергия % отделяющая край зоны про­ водимости от уровня вакуума, есть «энергия электронного сродства». Величина Ф, ко­ торая представляет собой разность энергий, соответ­ ствующих уровню Ферми и уровню вакуума, называется

Ф и г . 13.1. Структура зон и вве­ денные обозначения.

«работой выхода». Работа выхода для большинства веществ лежит в пределах от 3 до 5 эВ. Порог внешнего фотоэффекта Ет есть наименьшая энергия фотона, которая достаточна, чтобы удалить электрон из полупроводника.

В отдельных случаях мы можем легко предсказать, каким дол­ жен быть порог фотоэффекта. Для собственных или невырож­ денных полупроводников, когда уровень Ферми находится в запре­ щенной зоне (фиг. 13.1), наивысший уровень, занятый электро­

Для сильно легированного полупроводника p-типа, когда уровень Ферми расположен на величину ниже края валентной зоны (фиг. 13.2,а), имеем

С другой стороны, в сильно легированном полупроводнике ге-типа (фиг. 13.2,^) уровень Ферми лежит выше края зоны проводи­

Порог фотоэффекта, определяемый соотношениями (13.1)—(13.3), представляет собой минимальные возможные значения Е т. Для

Ф и г . 13.2. Зависимость порога фотоэффекта от легирования.

Фи г . 13.3. Порог фотоэффекта для прямых {Ет ) и непрямых (Ет .) пере­

ходов.

того чтобы определить фактическое значение величины Ет необ­ ходимо учесть, что при фотоэффекте имеет место переход между реальными состояниями (процесс поглощения), и поэтому должны сохраняться и энергия, и импульс. Так, для прямых перехо­ дов, показанных на фиг. 13.3, начальное состояние должно нахо­ диться ниже края валентной зоны на величину АЕ; для непрямых

переходов, когда сохранение импульса обеспечивается за счет эмиссии фонона,

§ 2. ВЫХОД ФОТОЭФФЕКТА

По мере того как энергия фотонов увеличивается, превышая пороговое значение, число эмитируемых электронов возрастает. Типичная кривая зависимости квантового выхода фотоэлектронов

Ф и г. 13.4. Пример спектрального распределения квантового выхода (число эмитированных электронов на один поглощенный фотон) [1].

Кривая относится к случаю CdTe. Порог фотоэффекта равен примерно 5 эВ.

от энергии показана на фиг. 13.4. Вначале имеется участок рез­ кого нарастания, затем при энергиях примерно на 1 эВ выше порога кривая переходит в плато. Это плато имеет структуру, отражаю­ щую свойства зонной структуры полупроводника.

Начальный участок резкого нарастания кривой выхода У (hv) описывается зависимостью вида

с высокими энергиями и их рассеяние в различных процессах. Эти процессы и соответствующие значения г приведены в табл. 13.1.