Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Фотоэлектрические эффекты в электрических переходах (Фотога.тьваннческий эффект)

Читайте также:
  1. ELDORADO PACK EACH CARD EFFECT Эффекты каждой карты Эльдорадо
  2. А. Расчет электрических нагрузок
  3. Анимационные эффекты
  4. Благоприятные эффекты Mettā.
  5. Виды диэлектрических потерь
  6. Внешние эффекты и общественные блага. Макроэкономическое равновесие. Потребление и сбережения. Инвестиции
  7. Детерминированные эффекты

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
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


 

 


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
Ихг

-jfe.


 

 


Ф-0 ФГ

Ф2


 

 


IV — ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ

Рис. 8.7. Вольт-амперная характеристика перехода при облучении световым потоком

Загрузка...

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 фЭДС 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



mybiblioteka.su - 2015-2020 год. (0.013 сек.)