Файл: Руководство к лабораторным занятиям по физике учеб. пособие.pdf

типа переходов приводят к появлению фотопроводимости (рис. 293). При переходах первого типа электроны из заполненной зоны при поглощении фотона переводятся в зону проводимости. В ре­ зультате этих переходов образуются свободные электроны и сво­ бодные дырки. Возникшая при таких переходах фотопроводимость

называется с о б с т в е н н о й .

Переходы второго типа возникают при поглощении фотона ато­ мом донорной примеси кристалла; при этом образуются свободные электроны и свободные места на донорных атомах.

Переходы третьего типа возникают, когда при поглощении света электроны переводятся из заполненной зоны на незанятые акцеп­ торные уровни.

В результате этого процесса образуются свободные дырки и электроны, связанные с акцепторными атомами. Фотопрово­ димость, возникающая в результате двух последних процессов, называется п р и м е с н о й .

Некоторое количество носителей тока присутствует в полупро­ водниках и при отсутствии света. Часть электронов переводится из заполненной зоны (и с донорных уровней) в зону проводимости (и на акцепторные уровни) в результате теплового движения. Количество таких носителей — и вместе с ним электропроводность кристалла — определяется температурой кристалла и быстро увеличивается при нагревании. В этом случае говорят о р а в н о в е с н ы х носите­ лях тока и о т е м н о в о й электропроводности кристалла. Коли­ чество носителей тока равно равновесному не только в полной тем­ ноте, но и в тех случаях, когда энергия фотонов недостаточно велика для того, чтобы вызвать электронные переходы в кристалле. Фото­ проводимость появляется лишь в том случае, если частота света не слишком мала. Пороговая частота, при которой начинается фото­ проводимость, называется красной границей фотоэффекта.

В отличие от тепловой световая энергия запасается в основном электронами полупроводника и практически не изменяет температуру кристаллической решетки. Поэтому в присутствии света тепловое равновесие между электронами и решеткой нарушается. Носители тока, возникшие в результате оптической ионизации, именуются н е р а в н о в е с н ы м и .

После того как освещение кристалла прекращается, равновесие между электронами и решеткой восстанавливается. В обычных условиях энергия, запасенная неравновесными носителями тока, ничтожно мала по сравнению с тепловой энергией кристаллической решетки. Процесс установления теплового равновесия между решет­ кой и электронами сводится к тому, что неравновесные электроны и дырки рекомбинируют друг с другом, а температура кристалла практически не меняется. Не изменится, следовательно, и концен­

трация равновесных носителей. Таким образом, можно считать, что включение и выключение света изменяет концентрацию неравновес­ ных носителей и не влияет на концентрацию равновесных носи­ телей тока.

Измерение величины фототока может быть проведено по схеме, изображенной на рис. 294.

Образец, изготовленный в виде пленки, включен в цепь, содер­ жащую источник э. д. с. и гальванометр. При освещении образца ток, измеренный гальванометром, возрастает. Подобного рода простые схемы пригодны для измерения только в том случае, когда

-----|l|l|h---------- 0 -

Рис. 294. Схема измерения фототока.

с ним порядка. Если это не так, приходится усложнять экспери­ ментальную установку. Чаще всего при этом световой поток моду­ лируется по амплитуде. Связанную со светом переменную составля­ ющую полного потока нетрудно выделить на фоне даже очень боль­ шого темнового постоянного по величине тока.

Зависимость величины фототока от частоты падающего света (спектральная зависимость фототока) изображается кривой слож­ ного вида и определяется рядом причин. Характерной особенностью этих кривых является наличие красной границы — резкого обрыва кривой со стороны низких частот. Положение красной границы определяет наименьшую энергию фотонов, при которой может про­ исходить образование носителей. Вид кривой вправо от красной границы (в сторону увеличения частот) может быть различным. После резкого подъема кривая фототока может быстро спадать (как у образца CdS), а может выходить на широкое плато (как, например, у образца селена). Перед основным подъемом, соответст­ вующем энергии, при которой происходит возбуждение электро­ нов из заполненной зоны в зону проводимости, могут быть видны небольшие дополнительные максимумы. Эти максимумы связаны с примесными уровнями (переходы второго и третьего типа на рис. 293). Как видно из рис. 293, энергия этих переходов меньше энергии, необходимой для перехода из заполненной зоны в зону проводимости, так что их красная граница находится слева от крас­ ной границы собственного перехода.