Фотопроводимость

При фотопроводимости первичным является процесс поглощения фотонов. Если нет поглощения, то нет и фотопроводимости. Не любое, а только фотоактивное поглощение света вызывает изменение удельного сопротивления. Фотопроводимость равна разности проводимостей полупроводника на свету и в темноте.

Фотопроводимость определяется как свойствами основного вещества, так и содержащихся в них примесей.

В отличие от равновесных носителей, образующихся в полупроводнике в результате тепловых возбуждений, носители, возникающие при других возбуждениях, называются неравновесными. Освещение полупроводника светом с подходящей длиной волны — простейший способ создания неравновесных носителей.

В нелегированных полупроводниках наблюдается собственная фотопроводимость. Если энергия фотонов равна или больше ширины запрещенной зоны, электроны могут быть переброшены из валентной зоны в зону проводимости, что приведет к появлению добавочных (неравновесных) электронов (в зоне проводимости) и дырок (в валентной зоне). Собственная фотопроводимость обусловлена как электронами, так и дырками.

В легированных полупроводниках наблюдается примесная фотопроводимость. Если полупроводник содержит примеси, то фотопроводимость может возникать, если энергия фотонов меньше, чем ширина запрещенной зоны, но превышает значение энергии ионизации примеси. При поглощении света примесными центрами происходит переход электронов с донорных уровней в зону проводимости в случае полупроводника n-типа или из валентной зоны на акцепторные уровни в случае полупроводника p-типа.

Примесная проводимость для полупроводника n-типа чисто электронная, для полупроводников p-типа чисто дырочная.

При относительно низкой концентрации равновесных носителей проводимость кристалла при освещении может измениться в сотни и тысячи раз. На этом явлении основано действие фотосопротивлений, используемых для регистрации и измерения интенсивности световых сигналов.

Концентрация электронов и дырок при освещении не может изменяться неограниченно. Электрон, оказавшись вблизи свободной дырки в валентной зоне или вблизи пустого примесного центра, может заполнить этот свободный уровень, отдав избыточную энергию решетке или излучив ее в виде кванта соответствующей частоты. Этот процесс называется рекомбинацией носителей, причем если избыток энергии отдается решетке, то рекомбинация называется безызлучательной, если же он высвечивается в виде кванта света — излучательной. Излучательные переходы лежат в основе работы светодиодов, а также полупроводниковых лазеров.

Фотопроводимость отличается от обычной или темновой проводимости лишь способом генерации заряда. Механизм же прохождения тока через кристалл и, в частности связь между векторами плотности тока и напряженности поля остаются такими же, как и при обычной проводимости.