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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 178

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

§ 3. Объемные фотовольтаические эффекты

345

диффузии), получаем (с учетом соотношения Эйнштейна

D =

= кТ (.1/д) ■

 

(14.11)

где Ъ— отношение подвижностей (большей к мепыпей).

Э.д. с. Дембера обычно очень мала — порядка нескольк

милливольт. Из (14.11) следует, что

если |.іе = цл (т. е. Ъ = 1),

то V D — 0. В обычных условиях (Ъ>

1) э. д. с. Дембера немного;

больше kTIq.

 

Отметим, что, хотя для возникновения эффекта Дембера не требуется наличия потенциального барьера, полупроводник дол­

жен быть неоднородным в каком-то

другом отношении, чтобы

в нем могла возникнуть фото-э. д. с.

В данном случае асиммет­

рична геометрия полупроводника (он полубесконечен).

Э. д. с. Дембера возникает вблизи поверхности полупровод­ ника или вблизи контакта металл — полупроводник, или вдоль полупроводника между освещенной и затемненной частями (имен­ но так Дембер открыл этот эффект) [28].

Возникая независимо от других эффектов на поверхностном барьере, э. д. с. Дембера представляет собой дополнительную компоненту, которая может добавляться нли вычитаться из фото- э. д. с., генерируемой на берьере. Поскольку поверхностные состояния присутствуют всегда и создают поверхностный барьер, то. для наблюдения эффекта Дембера необходимы специальные меры предосторожности.

2. Фотоэлектромагшітиый эффект Д

Детальное теоретическое рассмотрение этого эффекта содер­ жится в работах [29, 30].

Освещение сильно поглощаемым светом создает градиент кон­ центрации электронно-дырочных пар, диффундирующих в направ­ лении X от освещенной поверхности (фиг. 14.24). Если магнитное поле Н г приложено в направлении, перпендикулярном к этому диффузионному току, то электроны и дырки будут отклоняться в противоположных направлениях (как и в эффекте Холла), при этом между концами образца возникает напряжение Ѵу.

В отличие от эффекта Дембера, для возникновения которого необходимо, чтобы носители имели разные подвижности, в фотоэлектромагнитиом (ФЭМ) эффекте подвижности не обязательно должны быть различными. При данной интенсивности освещения напряжение ФЭМ-эффекта зависит от скорости поверхностной рекомбинации s и объемного времени жизни т. ФЭМ-эффект

!) Этот эффект был открыт в СССР И. К. Кпкоиным и М. М. Носко­ вым и носит их имя.— Прим. ред.

346 Глава 14. Фотовольтаические эффекты

использовался для определения этих параметров, знание которых существенно при изготовлении полупроводниковых устройств [31 -33].

В результате дрейфа носителей вблизи освещенной поверхности

возникает ток большой плотности

(направленный

влево на

Свет

фиг. 14.24), которому

соответ­

ствует напряжение

Ѵѵ. Это на­

 

 

пряжение в свою очередь вызы­

 

вает в остальной части кристал­

 

ла

ток меньшей

плотности,

 

направленный

слева

направо

 

(фиг. 14.25).

Пусть

магнитное

Ф п г. 14.24. Возникновение напря­ жения Ѵу при фотоэлектромагпптішм

эффекте.

поле наклонено в плоскости у, z; тогда в результате взаимодейст­ вия компоненты Н у магнитного поля с круговым током возни-

С вет

Ф и г. 14.25. ФЭМ-эффект в полупроводниковом образце конечной длины [30].

Холостой ход, без электродов.

кает вращательный момент. Это так называемый «фотомеха­ нический» эффект.

В этом случае вместо электрических измерений можно опре­ делять крутящий момент, причем электроды на кристалле не требуются.

§4. АНОМАЛЬНЫЙ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Внекоторых полупроводниках, изготовленных в виде тонких слоев, наблюдается фотовольтаический эффект, характеризуемый высоким напряжением [34], которое может во много раз превы­ шать ширину запрещенной зоны. Это эффектное и загадочное явле­ ние до сих пор не получило определенного и детального объяс­ нения. Основное условие, при котором этот эффект наблюдается,

§ 4. А номалъный фотовольтаический аффект

347

состоит в том, что в процессе роста пленки изолирующая под­ ложка должна быть наклонена по отношению к направлению дви­

жения

паров испаряемого

вещества

 

 

 

 

(фиг. 14.26). Аномальный фотоволь­

 

 

 

Стеклянная

таический эффект наблюдался в плен­

 

 

j

подложка,

ках многих

полупроводников (табл.

 

 

Т - 150°

 

 

 

 

14.1) и даже

в монокристаллах ZnS

 

 

7

t

[35, 36]

и серы [37].

L e

'

[ ^

 

Электроды

 

 

 

1

/

/

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1/

 

 

 

 

Ф и г. 14.26. Схема получения плеикн ме­

Испаритель

 

тодом наклонного нанесения вещества [34].

Т =600°С (cdTe).'

 

 

 

 

Таблица 14.1

Вещества с аномальным фотовольтаическим эффектом

Вещество

Литература

 

Вещество

Литература

PbS

[38]

I-IgTe

 

[44]

CdTe

[34]

SboSe3

[45]

Si

[39]

Sb2S3

 

[45]

Ge

[39]

ВЬгхШгп-аэЬз

[45]

GaAs

[40, 41]

ZnSe

(«монокристалл»)

[34]

InP

[42]

ZnS («монокристалл»)

[35]

GaP

[43]

 

 

 

1.Характеристики элементов, обладающих аномальным фотовольтаическим эффектом

Полупроводниковые пленки, изготовленные для получения высокой фото-э. д. с., имеют весьма разнообразные характеристи­ ки. На фиг. 14.27 представлены кривые зависимости фото-э. д. с. от интенсивности света для различных веществ.

Были получены фото-э. д. с., достигающие 5000 В [46]. Экспе­ рименты показывают, что напряжение генерируется по всей длине пленки [34], а не на контакте. Край пленки, ближайший к испа­ рителю, почти всегда оказывается отрицательно заряженным. Возникновение аномальной фото-э. д. с. не связано с утоныпением пленки в направлении от испарителя; это было показано в эксперименте с движущейся заслонкой, которая обеспечивала постояиство толщины пленки [47].

Вольт-амперные характеристики пленок обычно линейны, сопротивление составляет величину порядка 1010—1014 Ом. В не­

которыхслучаях сопротивление пленки не меняется под дейст­

348 Глава 14. Фотовольтаические эффекты

вием освещения (фотопроводимость не наблюдается) [46], по иногда в элементе наблюдаются н фотовольтаический эффект, и па­ дение сопротивления при

освещении [34].

Величина фото-э. д. с. возрастает с уменьшением температуры элемента, как это показано на фиг. 14.28.

Однако

в некоторых слу­

чаях

 

напряжение

холо­

стого

хода

минимально

при

430 К

п возрастает

как

при

понижении, так

и при

повышении

темпе­

ратуры

[48].

 

 

Ф в г. 14.27. Зависимость на­ пряжения от интенсивности спета для пленок, изготовлен­ ных из различных веществ [40].

Кривая спектральной чувствительности аномального фото­ вольтаического эффекта захватывает область энергий, меньших

Ч’г

Ѵ = 1

I___ ____1___ ____I___ ____I___ ____I___ ____I___ — I— —

20

О

- 2 0 - 40 - 6 0 - 8 0 -1 0 0 -1 2 0 -1 4 0 -1 6 0

 

 

Т, °С

Фи г . 14.28. Зависимость напряжения холостого хода от температуры при различных интенсивностях света L [34].

чем ширина запрещенной зоны моиокристаллического полупро­ водника [46]. Это неудивительно, поскольку пленки представляют собой в определенной степени неупорядоченную систему, и, следо-

Смотрите также файлы