Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения.

При освещении полупроводника в нем происходит генерация электронно-дырочных пар за счет переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину:

, (10.1.1)

где е – заряд электрона;

μ_n – подвижность электронов;

μ_р – подвижность дырок;

Δn_i – концентрация генерируемых электронов;

Δр_i – концентрация генерируемых дырок.

Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е. межзонный переход, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию

h×n_кр ³ DЕ или =Еg, (10.1.2)

где h – постоянная Планка;

DЕ – ширина запрещенной энергетической зоны полупроводника;

n_кр – критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости).

Излучение с частотой n < n_кр не может вызвать фотопроводимость, так как энергия кванта такого излучения h×n < DЕ недостаточна для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Если же h×n > DЕ, то избыточная относительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передается электронам в виде кинетической энергии.

Критической частоте n_кр соответствует граничная длина волны

,

где с – скорость света (3× 10⁸ м/с).

При длинах волн, больших граничной, фотопроводимость резко падает. Так, для германия граничная длина волны составляет примерно 1,8 мкм. Однако спад проводимости наблюдается и в области малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощения энергии с частотой и умень-шением глубины проникновения падающей на полупроводник электромаг-нитной энергии. Поглощение происходит в тонком поверхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда. Появление большого количества носителей только у поверхности слабо отражается на прово-димости всего объема полупроводника, так как скорость поверхностной рекомбинации больше объемной и проникающие вглубь неосновные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объеме полупро-водника.

Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфра-красной, видимой, или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зави-сит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напря-женности электрического поля.

Рассмотренный механизм поглощения света, приводящий к появлению свободных носителей заряда в полупроводнике, называют фотоактивным. Поскольку при этом изменяется проводимость, а следовательно, внутреннее сопротивление полупроводника, указанное явление было названо фоторе-зистивным эффектом. Основное применение фоторезистивный эффект находит в светочувствительных полупроводниковых приборах – фоторезис-торах, которые широко используются в современной оптоэлектронике и фотоэлектронной автоматике.

Фоторезистивный эффект.

Фоторезистивный эффект – это изменение удельного сопротивления полупроводника, обусловленное исключительно действием электромагнитного излучения (квантов света) и не связанное с нагреванием полупроводника. Сущность этого явления состоит в том, что при поглощении квантов света с энергией достаточной для ионизации собственных атомов полупроводника или ионизации примесей, происходит увеличение концентрации носителей заряда. (В полупроводнике происходит либо собственное поглощение квантов света с образованием новых носителей заряда, либо примесное поглощение с образованием носителей одного знака).