79) Влияние прилипания неравновесных носи­телей заряда на фотопроводимость.

Помимо спектральной чувствительности, важной характеристикой фотопроводника является его инерционность, определяемая обычно постоянной времени. За постоянную времени принимают время, прошедшее с момента выключения возбуждающего излучения, в течение которого фототок уменьшается в определенное число раз (чаще всего в e раз).

Рис. 5 Схема процессов рекомбинации и прилипания в фотопроводнике

Инерционность фотопроводимости связана с процессами рекомбинации и «прилипания» носителей электрического заряда, возбужденных светом (фотоносителей). Электрон, попавший в зону проводимости, может пребывать в этом состоянии лишь ограниченное время, равное в среднем так называемому времени жизни свободных носителей. По истечении этого времени электрон рекомбинирует с дыркой либо непосредственно (переход 1рис. 5), либо через примесный центр (переход 2). Однако свободный электрон может перейти в связанное состояние также благодаря захвату его примесным центром с малой энергией активации (переход 3 на рис. 5).

Захваченный таким центром (прилипший) электрон обладает очень малой вероятностью рекомбинации с дыркой и значительной вероятностью теплового возбуждения в зону проводимости. Освобожденный из ловушки электрон вновь может принимать участие в процессе проводимости. Нетрудно заметить, что процессы, связанные с прилипанием, более инерционны, чем рекомбинационные. Не будучи прямо связано с рекомбинацией, прилипание почти не влияет на время жизни фотоносителей, что позволяет при анализе кинетики фотопроводимости считать эти два процесса независимыми.

Не влияя на время жизни электронов, прилипание, тем не менее, увеличивает длительность переходных процессов фотопроводимости и, следовательно, увеличивает временную постоянную нарастания или спада фототока. В некоторых случаях можно избавиться от влияния ловушек на кинетику фотопроводимости, заполнив их носителями заряда. Поскольку ловушки (уровни прилипания) черпают носители заряда из зоны проводимости, то для заполнения ловушек необходимо повысить концентрацию носителей в зоне проводимости. Это достигается обычно подсветкой образца дополнительным источником света. Из только что сказанного следует, что при высоких интенсивностях света постоянная времени процесса фотопроводимости убывает,стремясь к времени жизни.

Для сравнения укажем, что у фотопроводника,имеющего при высоких интенсивностях света постоянную времени порядка миллисекунд, при малых освещенностях, близких к полной темноте, постоянная времени может достигать нескольких часов. Существующие фотосопротивления работают как при постоянном освещении, так и в режиме модулированного светового потока с частотой модуляции до 10кгц с постоянными времени, лежащими в пределах сек 102 105 . Поэтому для практического использования фотосопротивлений важно знать частотную зависимость фотопроводимости (фототока). Фоторезисторы с наибольшей чувствительностью не являются, однако,

лучшими по инерционным свойствам. Так, очень чувствительные фоторезисторы из сернистого кадмия имеют довольно большую постоянную времени порядка сек 10-2 10-3 . В то же время фоторезисторы из сернистого свинца при гораздо меньшей чувствительности обладают значительно меньшей инерционностью (постоянная времени порядка сек 10-5 ) и, следовательно, могут работать при значительно более высокой частоте модуляции светового потока.

2. Центры прилипания обмениваются носителями заряда только с одной зоной, например, центры прилипания для электронов захватывают электроны из зоны проводимости и выбрасывают их обратно в зону до того, как центр успевает захватить дырку. Напротив, центр рекомбинации захватывает электрон и затем захватывает дырку до того, как успевает произойти обратный тепловой выброс электрона в зону проводимости.

3. Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость легко понять в случае, когда ФП определяется одним типом носителей заряда (например, электронами), а рекомбинация электронов и дырок происходит через центры рекомбинации, концентрация которых велика и на заполнение которых освещение влияет слабо. Тогда добавление центров прилипания не изменяет величину стационарной фотопроводимости, поскольку эта величина определяется равенством темпа генерации и темпа рекомбинации, на которые прилипание не влияет. Однако центры прилипания существенно изменяют (замедляют!) кинетику нарастания и спада ФП при включении и выключении света, соответственно. Действительно, при включении света часть фоторожденных электронов захватывается на центры прилипания, поэтому требуется больше времени для достижения стационарного значения ФП. Другими словами, прилипание уменьшает эффективный квантовый выход ФП, который можно определить по наклону начального (линейного) участка роста фотопроводимости. При наличии центров прилипания кинетика спада ФП при выключении света также оказывается более медленной. Кинетика замедляется процессом выброса электронов, накопленных на центрах прилипания. Наиболее ясно этот вопрос изложен в книге Рывкина [21].