8.4.Фотоэлектрические явления в полупроводниках

Для полупроводников и диэлектриков характерен внутренний фотоэффект, в отличии от металлов, демонстрирующих фотоэффект внешний. Фотон поглощается внутри кристалла электроном, связанным с определенным атомом или, что то же самое, электроном валентной зоны. Электрон остается внутри диэлектрика или полупроводника, переходя в свободную зону или на свободный примесный уровень. Поскольку электрон не покидает кристалл, это внутренний фотоэффект. Электрическая проводимость полупроводников и диэлектриков, обусловленная электромагнитным излучением, называется фотопроводимостью.

Собственная фотопроводимость: В собственных полупроводниках перераспределение электронов по энергетическим уровням может происходить не только вследствие теплового движения, но и под воздействием света. Если энергия фотона превышает ширину запрещенной зоны, то электрон, поглотив фотон, переходит из валентной зоны в зону проводимости. Появляется дополнительная пара носителей тока  электрон и «дырка». Рост концентрации носителей тока сопровождается увеличением электропроводности..

Примесная фотопроводимость: Если в веществе имеются примеси, то фотопроводимость может возникать и при энергии фотона меньшей ширины запрещенной зоны. Под действием света электроны переходят из валентной зоны на уровни примеси или с примесных уровней в зону проводимости.

Красная граница фотопроводимости: Это максимальная длина волны падающих фотонов, при которой ещё наблюдается фотопроводимость.Фотопроводимость наблюдается в том случае, если длина волны падающего излучения больше красной границы фотоэффекта.

Практическое применение: Полупроводник, обладающий фотопроводимостью. называют фотосопротивлением. Количество образующихся носителей тока пропорционально падающему световому потоку. Поэтому фотосопротивления применяются для целей фотометрии. В видимой части спектра применяются фотосопротивления, изготовленные из сернистого кадмия (CdS). Фотосопротивления из полупроводников PbS, PbSe, PbTe и InSb используются в качестве детекторов инфракрасного излучения.

Если подключить кристалл с переходом к внешней нагрузке, в ней будет течь фототок. При не очень больших освещенностях сила этого тока пропорциональна падающему на кристалл световому потоку. На этом основано действие фотоэлектрических фотометров, в частности, применяемых в фотографии экспонометров.

Большое количество соединенных последовательно переходов образуют солнечную батарею. Такие батареи непосредственно преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую энергию и служат основным источником энергопитания космических летательных аппаратов. Напряжение солнечных батарей достигает десятков вольт, а мощность  десятков киловатт.

Повзнер А.А., Валишев М.Г. Курс общей физики. СПб.: Издательство «Лань». 2009.576 стр.

Физика: Электростатика и постоянный ток. Модуль № 3. Конспект лекций /М.Г. Валишев, А.А. Повзнер. Екатеринбург: ООО "Изд-во УМЦ УПИ", 2004. 52 с.

Овчинников В.А. Общая физика, часть 2. Учебное пособие, Издание УПИ, 1975г. 247 с.