Решение дифференциальных уравнений Примеры решения типовых задач Курс практики по математике Инженерная графика Машиностроительное черчение История дизайна Архитектура ПК Лабораторные работы Курс лекций по физике теплоэнергетика
Курс лекций по физике Законы теплового излучения Фотоэффект Ядерная модель атома Квантовые генераторы Зонная теория твёрдых тел Электропроводимость металлов Ядерная физика Дозиметрия

Курс лекций по физике Примеры решения задач

Фотопроводимость  полупроводников.

Фотопроводимость полупроводников – это электрическая проводимость, возбуждённая электромагнитным излучением за счёт обусловленного действием света перераспределением электронов по энергетическим уровням.

Фотопроводимость обусловлена внутренним фотоэффектом. В полупроводнике под действием света образуются дополнительные неравновесные носители тока.

Общая удельная электрическая проводимость полупроводника

 , где

 темновая удельная электрическая проводимость;

Контур с током в неоднородном магнитном поле Рассмотрим плоский контур с током в неоднородном магнитном поле. Пусть (для простоты) контур имеет форму окружности. Предположим также, что магнитная индукция увеличивается в положительном направлении оси х, совпадающем с направлением вектора магнитной индукции . Сила Ампера , действующая на элемент контура , перпендикулярна к вектору . Так что силы, приложенные к различным элементам контура, образуют симметричный конический «веер»

 удельная электрическая фотопроводимость.

У собственного беспримесного полупроводника фотон с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны  переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости. При этом образуется пара – электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне.

 , где

 число пар неравновесных носителей – электронов и дырок,  генерируемых светом в единице объёма полупроводника за 1 с ;

и  среднее время жизни электронов и дырок.

В примесных донорных и акцепторных полупроводниках электроны под действием света могут переходить из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

Требование к энергии фотона  , где  энергия активации соответствующей проводимости, означает, что существует красная граница внутреннего фотоэффекта

Для собственной проводимости полупроводника при   получаем нм, что соответствует жёлтому свету.

Видимый и ультрафиолетовый свет может вызвать фотопроводимость не только полупроводников, но и диэлектриков, у которых  > 2 эВ.

У примесных полупроводников энергия активации проводимости ~ 0,01 – 0,1 эВ и  м, что соответствует инфрокрасной области света.

На внутреннем фотоэффекте основано действие фотосопротивлений. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. В видимой части спектра применяются фотосопротивления , изготовленные из сернистого кадмия CdS. Фотосопротивления из PbS, PbSe, PbTe , InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения (Sb – сурьма)

Световая чувствительность  (мА/лм) у полупроводниковых фотосопротивлений приблизительно в 100000 раз больше, чем у вакуумных фотоэлементов.

В области р-п перехода или на границе металла с полупроводником может наблюдаться вентильный фотоэффект. Он заключается в возникновении под действием света электродвижущей силы (фото-ЭДС).

Сплошная кривая – ход

потенциальной энергии электронов

в (р-п)-переходе.

 Штриховая кривая – ход

  потенциальной энергии дырок

в (р-п)-переходе.

Неосновные для данной области носители (электроны в р-области и дырки в п-области), возникшие под действием света, беспрепятственно проходят через переход. В результате в р-области накапливается избыточный положительный заряд, а в п-области – избыточный отрицательный. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которое и представляет собой фото-ЭДС. Если подключить кристалл с (р-п)-переходом к внешней нагрузке, то в ней будет течь ток. На этом основано действие фотометров и солнечных батарей.

1. Основы термодинамики Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Количество теплоты. Работа идеального газа. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Теплоемкости идеального газа. Обратимые и необратимые процессы. Круговые процессы. КПД кругового процесса. Цикл Карно. КПД цикла Карно. Две теоремы Карно. Микро- и макросостояния термодинамической системы. Термодинамическая вероятность макроскопического состояния. Энтропия. Формула Больцмана.
Фотопроводимость полупроводников