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

точке кристалла создается одноосное сжатие; запрещенная зона деформируется симметрично по отношению к этой точке; следо­ вательно, световой пучок, сканирующий кристалл вблизи точки, где приложено давление, создает фото-э. д. с., полярность кото­ рой меняется при прохождении пучком этой точки (фиг. 14.37).

Задача 1. Рассмотрите р — ;і-нереход, показанный на фиг. 14.38. При

освещешш солнечным светом р-обдастп возникает ток короткого замыкания, величина которого пропорциональна нитеиспвностп падающего излучения.

hv

-®--------

Фд г. 14.38.

Нарисуйте график зависимости тока короткого замыкания от энергии падаю­ щего излучения hv и укажите, как найти положение максимума. (Пренебрегите

рекомбинацией носителей в р-областп.)

Задача 2. Рассмотрите конфигурацию, изображенную на фиг. 14.39. Пусть свет падает па плоскость, перпендикулярную переходу; ширина пучка меньше, чем d L/, + Ье, где Ь;г и Ье — диффузионные длины соответствен­ но дырок п электронов, а d — толщина перехода. Пренебрегите туннельными

£sc (hv), где івс — ток короткого замыкания.

Задача 3. В используемых на практике фотоэлементах с р — ;і-перехо-

дом максимальная величина напряжения холостого хода определяется высо­

той барьера, как это показано на фиг. 14.1, а. В случае р — «-перехода между

вырожденными полупроводниками высота барьера может быть больше ширины запрещенной зоны. Обсудпте, какие фотовольтаические характери­ стики можно ожидать у такого диода.

Задача 4. Металл с работой выхода ФЛІ- = 4,8 эВ нанесен на полупро^ водник с работой выхода Фв = 3,6 эВ. Пусть полупроводник обладает п-

проводпмостыо, ширина запрещенной зоны равна 1,5 эВ н уровень Ферми находится па 0,2 эВ ниже края зоны проводимости. Предположим далее, что в полупроводнике отсутствуют поверхностные состояния, которые могли ■бы фиксировать положение уровня Фермн па поверхности.

а) Найдите высоту барьера Шотткн.

б) Какое максимальное напряжение холостого хода можно получить на таком фотоэлементе?

Задача 5. Рассмотрите возможность такого случая, когда продольный •фотоэффект будет играть роль в возникновении фотоуглового эффекта. Какой должна быть в таком случае структура поверхности?

Задача 6. На фиг. 14.40 показана схема практического применения полупроводникового фотосопротпвления. Световой пучок создает избыточ­ ные элоктропно-дырочные пары, увеличивая таким образом проводимость

Ф и г. 14.40.

.детектора. Это вызывает изменение тока в цепи, а следовательно, и напряже­ ния, измеряемого на сопротивлении R L. Найдите, какова должна быть

степень легирования, чтобы устройство обладало, оптимальной чув­ ствительностью. При какой величине Лц достигаются наплучшпо условия регистрации?

11.Azaroff L. V., Brophy J. J., Electronic Processes in Materials, McGraw-

Hill, 1963, p. 282.

12. Wysocki J. J., IEEE Trans. Nuclear Sei. NS-10, 60 (1963).

13.Wysocki J. J., Rappaport P., Davidson E., Hand R ., Loferski J. J., Appl.

Phys. Lett., 7, 44 (1966).

14.Mead C. A ., Solid State Elect., 9, 1023 (1966).

17.Pantchechnikoff J. / ., Lasof S ., Kurshan / . , Moore A . R., Rev. Sei. Instr.,

23, 465 (1952).

20.Spitzer W- G., Mead C. A ., Journ. Appl. Phys., 34, 3061 (1963).

21.Crowell C. R., Sze S. M ., Spitzer W. G., Appl. Phys. Lett., 4, 91 (1964).

22.Mayer J. W., Journ. Appl. Phys., 3Ö, 1937 (1959).

23.Goldstein B., Journ. Appl. Phys., 36, 3853 (1965).

24.Pfizter H., Zs. angew. Phys., 37, 1191 (1959).

28.Dember H., Phys. Zs., 32, 554, S56 (1931); 33, 209 (1932).

29.Garreta O., Grosvalet J., Progress in Semiconductors, 1, 165 (1956).

35.Ellis S. G., Loebner E. E., Merz W. J., Struck C. W., White J. G., Phys.

Rev.; 109, 180 (1958).

39.Kallman H. et al., Journ. Electrochem. Soc., 108, 247 (1961).

40.Адирович Э. If. n др., ФТТ, 6, 3180 (1964).

41. Martinuzzi S., Compt. Rend., 25S, 1769 (1964).

42.Успенский M. Д . п др., ФТП, 1, вып. 8, 1268 (1967).

43.Адирович Э. II. п др., ФТП, 2, вып. 7, 1020 (1968).

44.Martinuzzi S., Fourny J., Bull. d’Inform. du COMPLES, 5, (1963).

45.Любин В. M ., Федорова Г. А ., ДАН СССР, 135, JV° 4, 833 (I960).

46.Адирович Э. И. п др., ФТТ, 7, вып. 12, 3652 (1965).

47.Адирович 9. И. и др., ДАН СССР, 168, вып. 5, 1037 (1966).

48.Cheroff G., Bull. Am. Phys. Soc., 6, 110 (1961).

49.Brandhorst H. W., Potter A . E., Journ. Appl. Phys., 35, 1997 (1964).

50.Pensak L., в кнпге Structure and Properties of Thin Films, ed. C. A. Neuge-

54.Корсунский M. И ., Фридман В. M ., ФТТ,.8, вып. 1, 263 (1966).

55.Адирович Э. II. и др., ДАН СССР, 11, 512 (1966).

56.Zhadkö I. Р., Romanov V. A ., Phys. Stat. Sol., 28, 797 (1968).

57.Perkins D., Pasierb E. F., Paper II-A-2, Proc. 4th Photovoltaic Specialists

Г Л А В А

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Вкубических полупроводниках излучение распространяется

влюбом направлении с одинаковой скоростью с/п. В некуби­ ческих полупроводниках оптические свойства не изотропны; диэлектрическая проницаемость представляет собой тензор, эле­ менты которого зависят от направления. Оптическая анизотропия особенно сильно влияет на поляризационные характеристики рас­

пространяющейся волны. Одноосное напряжение, электрическое или магнитное поле могут индуцировать оптическую анизотропию в кристалле, являющемся в обычных условиях изотропным. Ниже мы дадим краткий обзор различных оптических свойств неизо­ тропных веществ, для того чтобы пояснить термины, используе­ мые при рассмотрении поляризационных эффектов, а затем выяс­ ним, каким образом эти эффекты можно индуцировать илп моду­ лировать при помощи внешних воздействий.

§ 1. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ

Явление двойного лучепреломления состоит в том, что волны с различной поляризацией распространяются в веществе с раз­ ными скоростями. В результате световой пучок, падающий на

Ф п г. 15.1. Прохождение пучка света через двоякопрелоыляющпй кристалл.

параллелепипед под произвольным углом, разделяется, давая на выходе два параллельных пучка (фиг. 15.1). Эти два пучка имеют различную поляризацию, и каждый из них характеризуется своим показателем преломления, входящим в выражение для закона Сиеллиуса. При этом один из этих лучей, обыкновенный, в противоположность другому, необыкновенному, характери­

зуется показателем преломления, не зависящим от угла падения. Если свет падает на двоякопреломляющий кристалл под прямым углом, то обыкновенный луч проходит через кристалл, не меняя направления и не смещаясь, тогда как необыкновенный луч выхо­ дит пз кристалла параллельно обыкновенному, но оказывается, вообще говоря, смещенным.

1. Двойное лучепреломление в одноосных кристаллах

В одноосных кристаллах показатели преломления обыкновен­ ного п необыкновенного лучей одинаковы лишь при распростра­ нении света вдоль одного направления, называемого «оптической осью». Такпм образом, оба луча распространяются с одинаковой

Ф и г . 15.2. Поверхности равных фаз для обыкновенного п необыкновенного лучей в одноосных кристаллах.

а — отрицательный и б — положительный кристаллы. Эксцентриситет овалов несколько - увеличен. Символами J_ и || обозначены положении плоскостей поляризации воли

по отношению к плоскости фигуры.

скоростью вдоль оптической оси, тогда как при распространении под углом к оси их скорости отличаются. Для отрицательных одноосных кристаллов п Е < п 0; для положительных п 0 < п Е (п Е н п 0 — показатели преломления соответственно для необык­ новенного и обыкновенного лучей). Эти свойства иллюстрируются на фиг. 15.2, где круг представляет собой поверхность равной фазы обыкновенной сферической волны, распространяющейся из центра, а овал — необыкновенной волны, распространяющейся из того же центра S. Эти две волны характеризуются взаимно перпендикулярными направлениями поляризации (направлением вектора смещения D); для обыкновенного луча проекция вектора D на направление оптической оси всегда равна пулю.

Обыкновенный луч, подчиняющийся закону Снеллиуса, всегда находится в плоскости, образованной падающим лучом и нор­ малью к поверхности кристалла в точке падения. Необыкновен­ ный луч лежит, вообще говоря, не в этой плоскости. На фиг. 15.2