ФОТОПРОВОДИМОСТЬ
фоторезистивный
эффект, увеличение электропроводности полупроводника под действием
электромагнитного излучения. Впервые Ф. наблюдалась в Se У. Смитом (США)
в 1873. Обычно Ф. обусловлена увеличением концентрации носителей тока под
действием света (концентрационная Ф.). Она возникает в результате неск.
процессов: фотоны "вырывают" электроны из валентной зоны и "забрасывают"
их в зону проводимости (рис. 1), при этом одновременно возрастает число
электронов проводимости и дырок (собственная Ф.); электроны из заполненной
зоны забрасываются на свободные примесные уровни - возрастает число дырок
(дырочная примесная
Ф.); электроны забрасываются с примесных уровней в зону проводимости (электронная
примесная Ф.). Возможно комбинированное возбуждение Ф. "собственным" и
"примесным" светом: "собственное" возбуждение в результате последующих
процессов захвата носителей приводит к заполнению примесных центров и,
следовательно, к появлению примесной Ф. (индуцированная примесная Ф.).
Концентрационная Ф. может возникать только при возбуждении достаточно коротковолновым
излучением, когда энергия фотонов превышает либо ширину запрещённой зоны
(в случае собственной и индуцированной Ф.), либо расстояние между одной
из зон и примесным уровнем (в случае электронной или дырочной примесной
Ф.).
В той или иной степени Ф.
обладают все неметаллич. твёрдые тела. Наиболее изучена и широко применяется
в технике Ф. полупроводников Ge, Si, Se, CdS, CdSe, InSb, GaAs, PbS и др.
Величина концентрационной Ф. пропорциональна квантовому выходу n (отношению
числа образующихся носителей к общему числу поглощённых фотонов) и времени
жизни неравновесных (избыточных) носителей, возбуждаемых светом (фотоносиnелей).
При освещении видимым све
том n обычно меньше 1 из-за
"конкурирующих" процессов, приводящих к поглощению света, но не связанных
с образованием фотоносителей (возбуждение экситонов, примесных атомов,
колебаний кристаллической решётки и др.). При облучении вещества
ультрафиолетовым или более жёстким излучением n >1, т. к. энергия
фотона достаточно велика, чтобы не только вырвать электрон из заполненной
зоны, но и сообщить ему кинетич. энергию, достаточную для ударной ионизации.
Время жизни носителя (т. е. время, к-рое он в среднем проводит в свободном
состоянии ) определяется процессами
рекомбинации. При прямой (межзонной) рекомбинации фотоэлектрон сразу переходит
из зоны проводимости в валентную зону. В случае рекомбинации через примесные
центры электрон сначала захватывается примесным центром, а затем попадает
в валентную зону. В зависимости от структуры материала, степени его чистоты
и темп-ры время жизни может меняться в пределах от долей сек до
10-8 сек.
Зависимость Ф. от частоты
излучения определяется спектром поглощения полупроводника. По мере увеличения
коэфф. поглощения Ф. сначала достигает максимума, а затем падает. Спад
Ф. объясняется тем, что при большом коэфф. поглощения весь свет поглощается
в поверхностном слое проводника, где очень велика скорость рекомбинации
носителей (поверхностная рекомбинация, рис. 2).
Возможны и др. виды Ф., не
связанные с изменением концентрации свободных носителей. Так, при поглощении
свободными носителями длинноволнового электромагнитного излучения, не вызывающего
межзонных переходов и ионизации примесных центров, происходит увеличение
энергии ("разогрев") носителей, что приводит к изменению их подвижности
и, следовательно, к увеличению электропроводности. Такая подвижноcтная
Ф. убывает при высоких частотах
и перестаёт зависеть от частоты при низких частотах. Изменение подвижности
под действием излучения может быть обусловлено не только увеличением энергии
носителей, но и влиянием излучения на процессы рассеяния электронов кристаллич.
решёткой.
Изучение Ф.- один из наиболее
эффективных способов исследования свойств твёрдых тел. Явление Ф.
используется для создания фоторезисторов, чувствительных и малоинерционных
приёмников излучения в очень широком диапазоне длин волн - от y-лучей
до диапазона сверхвысоких частот.
Лит.: Рывкин С. М.,
Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Стильбанс Л. С.,
Физика полупроводников, М., 1967; см. также лит. при ст. Полупроводники.
Э. М. Эпштейн.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я