Читайте также: |
|
Рассмотрим идеализированный р-л-переход. облучаемый монохроматическим световым потоком с энергией фотонов, превышав щей ширину запрещенной зоны полупроводника: Еф = Av > АЬ-,.
11ри собственном поглощении в переходе и прилегающих к нем) областях оптически генерируются избыточные носители: электроны11 дырки (рис. 8.5). Электрическое поле перехода разделяет генерирУе* мые носители, перемещая дырки в р-область. а электроны «-область. Процессу разделения подвергаются носители, генсрир.^ мые в обедненном слое и прилегающих к нему областях, размера, более диффузионной длины неосновных носителей заряда. Гольь'0
тояния менее диффузионной длины носители успевают пересечь пшу перехода за время жизни.
р | п | ||
1 "" | > | +> |
Рис. 8.5. Разделение носи телей заряда и переходе, облучаемом снеговым потоком
Через переход протекает дрейфовый фототок неравновесных неосновных носителей заряда. Неравновесные основные носители (электроны «-области и дырки р-области) не могут преодолеть потенциальный барьер перехода и остаются в области генерации.
\
ф-ч) |
ф>0 |
I ЯФо V т--- |
ф>0 |
X |
ЗГ |
-ж |
А v №,-" «) |
-------- |
да. Рис. 8.6. Напряжение и энергетические диаграммы электронно-дырочного перехода:а~ при Ф=0; о - при Ф>0 и разомкнутой ценн. в - при Ф>0 и работе на нагрузку В результате разделения оптически генерируемых носителей в оласти появляется избыточный отрицательный заряд, а в ласти - избыточный положительный заряд, которые компенси- °оъемные заряды примесных ионов на границе перехода. |
(8.8) |
'о, |
Уровни Ферми в обеих областях полупроводника смещаюГс относительно друг друга на величину фото-ЭДС называемую также напряжением холостого хода С/хх при разомкнутой це (рис. 8.6, б). Потенциальный барьер перехода, как и при прямом напряжении понижается на величину фото-ЭДС. что приводит к увеличению тоКа диффузии (инжекции) основных носителей заряда через переход. qh направлен навстречу дрейфовому фототоку и в стационарном режиме Ф0 = const они компенсируют друг друга: I = = 0. Фото-ЭДС приложена к />-и-переходу в прямом направлении «увеличивается с ростом интенсивности светового потока: |
----- -л"' ~Яд1Гн ^ф = ихх =фг'Jn
где - фототек (ток возбужденных светом носителей заряда): /„ - обратный ток насыщения в отсутствии освещения.
Напряжение U хх не может превысить величину контактной разности потенциалов /?-/7-перехода ф0. В противном случае из-за полной компенсации поля в переходе не будет разделения полем перехода оптически генерируемых носителей.
Для невырожденных полупроводников величина до,, меньше ширины запрещенной зоны (см. 6.7), поэтому справедливо неравенство: uxx -Фо ■
Фоготок прямо пропорционален концентрации неравновесных носителей, генерируемых в единицу времени в области размером
Ьф - l + L„ +Lp, где I - толщина перехода; Ln и Lp - диффузионные
длины электронов и дырок.
Эти концентрации пропорциональны величине потока Ф м°нс" хроматического излучения Следовательно, световой поток Ф и Ф°т0* ток 1ф связаны линейной зависимостью.
При подключении нагрузки к освещенному р-и-перех0^ (рис. 8.6, в) разность потенциалов на переходе иф11 создается л,,и"' частью носителей заряда, а другая часть носителей обеспечивает нагрузки /н:
(и
; или: 1Н =1( |
-h |
(8.9) |
-1 |
U<bH =(Рг 'И
U<t> ~U\\ - Аг Чи
где
такой переход может быть использован для преобразования знергии излучения в электрическую энергию.
Выражения (8.9) описывают ВАХ освещенного идеализированного р-я-перехода (рис. 8.7). С увеличением светового потока ветви [}\Х смещаются на величину /ф. пропорциональную потоку Ф.
Unp |
Их г |
-jfe.
Ф-0 ФГ
Ф2
IV — ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ
Рис. 8.7. Вольт-амперная характеристика перехода при облучении световым потоком
Режим работы освещенного р-н-перехода при отсутствии источ- "ика внешнего напряжения называется фотогальваническим или Фотовентильным режимом (IV квадрант).
Помимо фотогальванического режима р-н-переход может рабо- 31 ь в фотодиодном режиме (111 квадрант), при котором на него по- дается обратное смещение от внешнего источника напряжения. В т°м случае фототок /ф складывается с обратным током насыщения 'фехода /0 и ВАХ является функцией освещенности Ф.
[II - ФОТОДИОДНЫЙ |
Преимуществом фотодиодного режима является высокая чувст- е->ьность и малая инерционность I» 10_9с. j Достоинством фотовентильного режима является отсутствие •"■нительного источника напряжения и малый уровень шумов. В
приборах с фотогальваническим режимом работы возникает ф0т ЭДС и фотоэлемент становится источником электрической энергии В качестве материалов используются: Si. GaAs, InP, AlSb, и дп
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 87 | Нарушение авторских прав