к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Фотогальванический эффект

Фотогальванический эффект (фотовольтаический эффект) - возникновение электрич. тока при освещении образца-полупроводника или диэлектрика, включённого в замкнутую цепь (фототок), или возникновение эдс на освещаемом образце при разомкнутой внеш. цепи (фо-тоэдс). Различают два типа Ф. э.

Ф.э. первого типа возникает только при генерации светом подвижных носителей заряда одновременно обоих знаков (электронов и дырок) и обусловлен разделением этих носителей в пространстве (о Ф. э. второго типа см. ниже). Разделение вызывается либо неоднородностью образца (роль неоднородности может играть поверхность), либо неоднородностью освещения (освещение части образца или поглощение света у поверхности). Появление эдс при неоднородном освещении может также обусловливаться "нагревом" электронов светом. Этот механизм подобен "обычному" термоэлектрич. эффекту (см. Термоэлектрические явления)и может быть существен как при межзонном поглощении, так и при внутризонном.

К Ф. э., связанным с пространственным разделением носителей, относятся: 1) Дембера эффект - возникает при неоднородном освещении образца из-за различия коэф. диффузии электронов и дырок. Он может возникать и при однородном освещении вследствие различия скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных гранях образца (см. Поверхностные состояния).

2) В е н т и л ь н а я (б а р ь е р н а я) э д с - образуется в результате разделения электронов и дырок электрич. полем приэлектродного Шоттки барьера на контакте металл - полупроводник, полем р-п-перехода или гетероперехода .На рис. 1 схематически показано разделение пар, возникающее при освещении р-n-перехода. Вклад в ток дают как носители, генерируемые непосредственно в области р - n-перехода, так и возбуждаемые в приэлектродных областях и достигающие области сильного поля путём диффузии. В результате разделения пар образуется направленный поток электронов в n-область и дырок в p-областъ. При разомкнутой цепи создаётся эдс в пропускном (прямом) направлении р-n-перехода, компенсирующая этот ток.

5064-4.jpg

Рис. 1. Разделение возбуждаемых светом электронно-дырочных пар на р - n-переходе.


Фотоэлементы на р - n-переходах или гетеропереходах используются как высокочувствит. малоинерционные приёмники излучения, а также для прямого преобразования световой энергии в электрическую (см. Солнечная батарея ).При регистрации излучения фотоэлемент непосредственно замыкается на внеш. нагрузку либо последовательно с нагрузкой включается внеш. источник, создающий на р -n-переходе значит. смещение в запорном направлении. Это даёт возможность существенно повысить чувствительность прибора.

При освещении изолир. поверхности полупроводника вследствие разделения пар полем приэлектродного барьера и изменения заряда на поверхностных ловушках происходит изменение потенциала поверхности. Потенциал освещённой поверхности наз. п л а в а ю щ и м, а его изменение- п о в е р х н о с т н о й эдс. Последняя может быть измерена конденсаторным методом с использованием либо вибрирующего электрода (метод Кельвина), либо прерывистого освещения. Измеряемое при этом изменение контактной разности потенциалов между поверхностью полупроводника и металлич. электродом включает кроме поверхностной эдс (основной вклад) также и эдс Дембера, возникающую в приповерхностной области.

3) О б ъ ё м н а я ф о т о э д с - вызывается разделением пар носителей на неоднородностях в объёме образца, создаваемых изменением концентрации легирующей примеси, или изменением хим. состава сложных полупроводников. Причиной разделения пар является т.н. в с т р о е нн о е электрич. поле. Оно создаётся в результате изменения положения уровня Ферми 5064-5.jpg, зависящего от концентрации примеси, а в образцах с перем. хим. составом также и в результате изменения ширины запрещённой зоны5064-6.jpg (в а р и-з о н н ы е п о л у п р о в о д н и к и).

Для появления объёмной эдс не требуется наличия в образце областей с разным типом проводимости. Обычно объёмная эдс наблюдается при освещении внутр. части образца, содержащей встроенное поле, при затемнённых контактах. Объёмная эдс может возникать также в результате отсутствия компенсации эдс Дембера на противоположных границах освещаемой области при различии свойств полупроводника у этих границ.

4) Ф о т о п ь е з о э л е к т р и ч е с к и й (ф о т о с е г н е т о-э л е к т р и ч е с к и й) э ф ф е к т - возникновение фототока или фотоэдс при деформации образца. Одним из его механизмов является возникновение объёмной эдс при неоднородной деформации, приводящей к изменению параметров полупроводника, прежде всего 5064-7.jpgпо образцу. Другим механизмом Ф. э. является поперечная эдс Дембера, возникающая при одноосной деформации, вызывающей анизотропию коэф. диффузии носителей заряда. Последний механизм наиб. эффективен при деформациях многодолинных полупроводников, приводящих к перераспределению носителей между долинами.

5) В ы с о к о в о л ь т н а я (а н о м а л ь н а я) э д с - возникает при неоднородном освещении и характеризуется тем, что электрич. поле направлено вдоль поверхности образца, её величина пропорц. длине освещённой области. В отличие от вентильной и объёмной эдс, величины к-рых не превышают ширины запрещённой зоны, высоковольтная эдс может превышать 103В. Одним из её механизмов является поперечный эффект Дембера в условиях, когда диффузионный ток имеет компоненту вдоль поверхности; другой механизм - образование структуры р-п-р - п-р, выходящей на поверхность. Высоковольтная эдс возникает вследствие суммирования эдс на каждой паре несимметричных р-п- и п-p-переходов. Ф. э. второго типа обусловлены асимметрией элементарных процессов фотовозбуждения носителей, их рассеяния и рекомбинации. Эти Ф. э. не требуют образования пар свободных носителей и наблюдаются как при межзонных переходах, так и при возбуждении носителей с примесей и при поглощении света свободными носителями. К этим Ф. э. относятся: а) эффект увлечения электронов фотонами, связанный с асимметрией в распределении фотоэлектронов по импульсу, вызываемому передачей им импульса фотонов. В двумерных структурах при оптич. переходах между минизонами фототек увлечения вызван преимуществ. переходами электронов с определ. направлением импульса и может существенно превышать соответствующий ток в объёмных кристаллах.

6) Л и н е й н ы й Ф. э.- не связан с передачей импульса фотона электронам и поэтому не меняется при изменении йаправления распространения света на обратное (при фиксированной линейной поляризации). Он обусловлен асимметрией распределения фотоэлектронов, к-рая создаётся двумя механизмами: баллистическим, связанным с появлением направленного импульса при квантовых переходах, и сдвиговым, обусловленным смещением центра тяжести волнового пакета электрона при переходах. При этом вклад в ток дают как процессы поглощения света, так и рассеяния и рекомбинации (в состоянии теплового равновесия эти вклады компенсируются).

Фототек линейного Ф. э. описывается феноменелогич. соотношением:

5064-8.jpg

где Eb, Eg-проекции вектора поляризации световой волны; cabg- тензор, определяемый симметрией кристалла. Он отличен от 0 только в пьезоэлектриках (хотя не связан с пьезоэлектрич. эффектом), поэтому линейный Ф. э. может наблюдаться только в пьезоэлектриках. В общем случае направление и величина тока j зависят от положения плоскости поляризации света. Напр., для кристалла GaAs при распространении света вдоль оси [110] ток вдоль [110] равен

5064-9.jpg

где 5064-10.jpg-степень линейной поляризации света, j - угол-между плоскостью поляризации и осью [001 ] (рис. 2). В кристаллах с полярной осью, как правило, осн. компонента тока направлена вдоль этой оси и не зависит от поляризации излучения.

5064-15.jpg

Рис. 2. Зависимость фотоэдс, обусловленной линейным фотогальваническим эффектом в p-GaAs, от угла j между плоскостью поляризации света и осью кристалла [001 ]; T=300 К, l= 10,6 мкм.

5064-18.jpg

Рис. 3. Зависимость продольной фотоэдс в Те, возникающей при распространении света вдоль оси с3, от степени циркулярной поляризации 5064-17.jpg

При нестационарном освещении пьезоэлектриков вклад в ток даёт не только линейный Ф. э., но и эффект оптич. выпрямления (d-с-э ф ф е к т), т. е. квадратичная по Е поляризация кристалла 5064-11.jpg, возникающая при освещении. Соответствующий ток 5064-12.jpg (см. Детектирование света).

в) Ц и р к у л я р н ы й Ф. э.- возникает в гиротропных кристаллах при освещении циркулярно (эллиптически) поляризованным светом и меняет знак при изменении знака круговой поляризации 5064-13.jpg. Описывается соотношением

5064-14.jpg

тензор gab отличен от 0 в г и р о т р о п н ы х к р и с т а л л а х. В кубич. кристаллах классов Т и О (см. Симметрия кристаллов), а также в одноосных кристаллах при распространении света вдоль гл. осей 3-, 4- и 6-го порядков

5064-16.jpg

направление тока совпадает (или обратно ему) с направлением распространения света (рис, 3), Циркулярный Ф. э. создаётся баллистич. механизмом. Причина этого эффекта- корреляция между спином электрона и его импульсом в гиротропных кристаллах. При возбуждении электронов циркулярно поляризованным светом, приводящим к оптической ориентации спинов, они одновременно приобретают и направленный импульс. Наблюдался и обратный эффект - оптич. активность, индуцированная током; она вызывается ориентацией спинов в гиротропных кристаллах при пропускании тока.

Линейный и циркулярный Ф. э., как и эффект увлечения, используются для создания безынерционных приёмников интенсивного (лазерного) излучения. В диэлектриках линейный Ф. э. является осн. механизмом оптич. памяти, т. к. он приводит к изменению показателя преломления, сохраняющемуся после выключения света и зависящему от его интенсивности. Это изменение вызывается замороженными электрич. полями, возникающими в результате перезарядки ловушек фототоками.

г) П о в е р х н о с т н ы й Ф. э.- обусловлен рассеянием возбуждаемых светом носителей заряда на поверхности. При межзонном поглощении возникает в условиях, когда значит. часть возбуждаемых носителей может достичь её без рассеяния. В этом случае в результате отражения электронов от поверхности возникает баллистич. ток, нормальный к поверхности.

В тех случаях, когда при возбуждении носителей происходит их выстраивание по импульсу, т. е. их функция распределения является анизотропной, может появиться и ток, текущий вдоль поверхности. Для этого необходимо, чтобы ср. значения компоненты импульса вдоль поверхности для электронов, двигающихся к поверхности и от неё, не равнялись нулю и отличались знаком. Такое распределение возникает, напр., при возбуждении носителей из вырожденной валентной зоны кубич. кристаллов в зону проводимости. При неупругом (диффузном) рассеянии на поверхности электроны, достигающие её, теряют направленный импульс вдоль поверхности, тогда как электроны, двигающиеся от поверхности, сохраняют его, что и приводит к возникновению тока вдоль поверхности.

При поглощении или отражении света свободными носителями в полупроводниках (и металлах) поверхностный Ф. э. возникает при наклонном падении света, а также и при нормальном падении, если нормаль к поверхности не совпадает с одной из главных осей кристалла вследствие передачи импульса фотонов электронам.

Литература по

  1. Тауц Я., Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Пикус Г. Е., Основы теории полупроводниковых приборов, М., 1965; Белиничер В. И., Стурман Б. И., Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии, "УФН", 1980, т. 130, с. 415; Ивченко Е. Л., Пику с Г. Е., Фотогальванические эффекты в полупроводниках, в сб.: Проблемы современной физики. Сб. ст. к 100-летию со дня рождения А. Ф. Иоффе, Л., 1980; Альперович В. Л. [и др.], Поверхностный фотогальванический эффект в твердых телах, "ЖЭТФ", 1981, т. 80, с. 2298; Нормантас Э., Пикус Г. Е., Эффект увлечения при отражении света от поверхности, "ФТТ", 1985, т. 27, с. 3017; Стурман Б. И., Фридкин В. М., Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления, М., 1992; Ivchenko Е., Pikus G., Superlattices and other heterostructures. Symmetry and optical phenomena, B.- [a. o.], 1995.

    Г. Е. Пикус.

    к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

    (время поиска примерно 20 секунд)


    Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

    НОВОСТИ ФОРУМА

    Форум Рыцари теории эфира


    Рыцари теории эфира
     24.10.2020 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 08:06: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 08:06: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 08:05: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 06:02: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 05:57: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 05:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Николаевича Боглаева - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 05:48: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
    24.10.2020 - 05:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
    23.10.2020 - 18:57: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
    23.10.2020 - 18:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
    23.10.2020 - 07:50: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.

    Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution