Вопрос 7. Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость.

(фоторезистивный эффект) - изменение электропроводности среды, обусловленное действием эл.-магн. излучения. Ярко выражена в полупроводниках и диэлектриках. Впервые наблюдалась У. Смитом (W.Smith, 1873) в аморфном Si (см. Аморфные и стеклообразные полупроводники). Ф. возникает из-за изменения либо концентрации носителей заряда (к о н ц е н т р а ц и о н н а я Ф.), либо их подвижности под действием излучения (см. Подвижность носителей заряда). В зависимости от механизма поглощения излучения различают Ф. с о б с т в е нн у ю, п р и м е с н у ю и в н у т р и з о н н у ю.

Собственная и примесная фотопроводимости. В основе собств. и примесной Ф. лежит внутр. фотоэффект, т. е. либо оптич. генерация пар электрон - дырка (при собственной Ф.), либо фотоотрыв носителя заряда от заряж. примесного центра (при примесной Ф.). Генерируемые при внутр. фотоэффекте свободные носители заряда наз. ф от о н о с и т е л я м и.

Изменение уд.электропроводности а однородного полупроводника под действием излучения равно 

где Dn, Dp - изменения концентраций электронов проводимости ( п )и дырок (p), m_n,m_p -их подвижности. Величины Dn,Dpопределяются квантовым выходом Y внутр. фотоэффекта, т. е. числом генерируемых электронно-дырочных пар (при собств. Ф.) или числом генерируемых носителей (при примесной Ф.) в расчёте на один поглощённый фотон, а также временем жизни фотоносителей (до их рекомбинации или захвата примесными центрами). Если Ф. (собственная) определяется подвижными фотоносителями обоих знаков, её называют б и п о л я р н о й. В тех случаях, когда хотя и генерируются фотоносители обоих знаков, но фотоносители одного типа имеют ничтожные подвижность и время жизни, а также при примесной Ф., когда генерируются фотоносители только одного знака, Ф. наз. м о н о п о л я р н о й.

Так как импульс фотона, как правило, пренебрежимо мал по сравнению с импульсом электрона, требование одноврем. выполнения законов сохранения энергии и импульса приводит к тому, что переходы электронов с участием только одного фотона оказываются возможными лишь между состояниями, в к-рых импульс электрона практически один и тот же ("прямые", или "вертикальные", переходы Последнее приводит к "непрямым" переходам с изменением как энергии, так и импульса электрона и испусканием или поглощением фонона. Исследования зависимости Ф. от энергии фотонов hw позволяют по их мин. энергии, ещё вызывающей Ф., определять энергетич. щели между уровнями или зонами (см. Полупроводники).

Внутризонная фотопроводимость связана с изменением подвижности носителей заряда при их перераспределении по энергетич. состояниям в результате поглощения излучения. К процессам, вызывающим внутризонную Ф., относят: оптич. переходы носителей заряда внутри одной зоны, к-рые возможны благодаря рассеянию носителей на примесях и фононах (см.Рассеяние носителей заряда в твёрдом теле); прямые оптич. переходы между подзонами дырочной зоны в полупроводниках р-типа ("лёгкие" и "тяжёлые" дырки, см. Зонная теория); переходы между подзонами размерного квантования в полупроводниковых структурах (см. Квантовые размерные эффекты). Внутри-зонная Ф. впервые наблюдалась Моссом и Хокинзом (1960) в p-Ge (переходы между подзонами дырок) и Ролли-ном (1961) в n-InSb (внутризонное поглощение).

При внутризонной Ф. может изменяться подвижность как тех носителей, к-рые непосредственно поглотили излучение, так и всех носителей заряда из-за перераспределения поглощённой энергии, обусловленного межэлектронным рассеянием. Как правило, определяющую роль играет второй процесс. Если время перераспределения энергии мало по сравнению с временем релаксации энергии носителей т, то Ф. можно рассматривать как результат изменения темп-ры газа носителей Т _н при поглощении излучения. В этом случае   Знак dm/dT _н и Ds может быть как положительным, так и отрицательным. Знак Ds определяется также знаком изменения электронной темп-рыdT_e. Как правило, dT_e>0, однако возможно охлаждение