Laboratorium Elektroniki cz I 6

108

108

h-v

(6.5)

powered by

Mi sio!

od dłu

\ fali świetlnej. Proces ten opisuje prawo Bougera-Lamberta (6.6), umożliwia-

gości

10

10²

10'

0.4

^Rys. 6.1 Zależność współczynnika absorpcji o i głębokości wnikania x_w od długości fali X dla krzemu (1), germanu (2) i arsenku galu (3)

1.2

1.6

0.8

1.8

Natężenie prądu fotoprzewodnictwa fotorezystora spolaryzowanego napięciem y można oszacować za pomocą wyrażenia (6.4), z którego wynika, że jest ono p_ro porcjonalne do mocy P padającego promieniowania świetlnego oraz do wzmocnię nia prądowego M. Wartość tego wzmocnienia zawiera się w granicach od 50 do iqs i zależy od materiału i kontrukcji fotorezystora oraz od napięcia polaryzującego U

(6.4)

gdzie: t) - sprawność kwantowa fotorezystora;

P - moc promieniowa świetlnego;

M - wzmocnienie prądowe fotorezystora (6.5):

M = p-—-U

gdzie: w - odległość między elektrodami fotorezystora; (j. - ruchliwość nośników nadmiarowych; x - czas życia nośników nadmiarowych.

Zjawisko fotowoltaiczne

Zjawisko fotowoltaiczne wewnętrzne polega na generacji par elektron-dziura pod wpływem promieniowania świetlnego absorbowanego przez półprzewodnik, w którym wykonano złącze p-n. Nadmiarowe nośniki prądu powstają w obszarze warstwy zubożonej złącza oraz w obszarach przyległych do złącza, na odległościach nie większych od średniej drogi dyfuzji nośników mniejszościowych. Pary nośników generowane w obszarze zubożonym są szybko rozdzielane na skutek istniejącego tam silnego pola elektrycznego bariery potencjału. Elektrony są unoszone w kierunku warstwy n⁺, a dziury w kierunku warstwy p⁺, tworząc generacyjny prąd unoszenia. Elektrony wytworzone w warstwie p⁺ dyfundują w kierunku złącza, gdzie są porywane przez pole elektryczne i przerzucane do obszaru n⁺. Dziury wygenerowane w obszarze n* w analogiczny sposób docierają do warstwy p⁺. Do obszaru zubożonego złącza docierają tylko te nośniki, które nie zdążą zrekombinować, a są to nośniki, które powstają w odległości mniejszej od średniej drogi swobodnej w danej warstwie. H°^S!-par, jaką może wygenerować jeden pochłonięty foton, jest nazywana wydajnością kwantową ą fotodiody. Wydajność kwantowa jest zawsze mniejsza od jedności, gdyż część fotonów ulega odbiciu od powierzchni półprzewodnika. Energia elektro

109

magnetyczna fal świetlnych wnikających w głąb półprzewodnika jest

potencjalnie, a stała tłumienia a zależy od materiału półprzewodnikowego i

_rp określenie natężenia promieniowania świetlnego E(x) na głębokość x od po-wierzchni półprzewodnika:

E(x) = E(0)-(1 - R)-exp(-a-x)    (6.6)

gdzie: R - współczynnik odbicia powierzchni półprzewodnika, a - współczynnik absorpcji.

Gdy energia fotonów h-v < W_g, to półprzewodnik jest praktycznie przezroczysty (T) * 0). W momencie zrównania się energii fotonów z szerokością pasma zabronionego (h-v = W_g) następuje gwałtowny wzrost absorpcji (t) = 1) i generacja nośników. Dla energii fotonów spełniającej warunek h-v > W_g każdy foton powoduje przeskok jednego elektronu do pasma przewodnictwa, a nadmiar jego energii jest przekazywany drganiom sieci krystalicznej w postaci fononów. Gwałtowny wzrost absorpcji nosi nazwę krawędzi (progu) absorpcji i może być przedstawiony za pomocą zależności (6.1). Zależność współczynnika absorpcji a i głębokości wnikania x_w dla krzemu, germanu i arsenku galu w funkcji długości fali X padającego promieniowania przedstawia rys. 6.1. Ponieważ proces absorpcji jest ściśle związany z głębokością wnikania x_w (6.7) fotonów w głąb materiału półprzewodnikowego, to istnieje również

0.1

*_W[H

1

A [/tm]