* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

Глава 18. Приемники излучения Т а к к а к почти во всех с л у ч а я х в к а ч е с т в е фоточувствительного м а т е р и а л а п р и е м н и к а используют п о л у п р о в о д н и к , р а с с м о т р и м в н у т р е н н и й фотоэффект в н е м с т о ч к и з р е н и я з о н н о й т е о р и и (ЗТ) с позиций к в а н т о в о й м е х а н и к и . Согласно ЗТ, э н е р г и я э л е к т р о н а в п о л у п р о в о д н и к е м о ж е т и з м е н я т ь с я в н е ­ которых интервалах почти н е п р е р ы в н о , но о д н о в р е м е н н о существуют интерва¬ л ы значений э н е р г и и , к о т о р ы е электрон м о ж е т преодолеть только с к а ч к о м . Та¬ к и м образом, вводится п о н я т и е о р а з р е ш е н н ы х и з а п р е щ е н н ы х зонах э н е р г и и в п о л у п р о в о д н и к е , н а г л я д н о п р е д с т а в л я е м ы х э н е р г е т и ч е с к и м и с х е м а м и , причем г р а н и ц ы р а з л и ч н ы х зон обозначают г о р и з о н т а л ь н ы м и л и н и я м и (рис. 18.2). Е,эВ • ЗП -Е с Е,эВ ЗП hv Е = 4 < б) hv Е,эВ ЗП hv hv ВЗ в) Е с hv ВЗ hv а) Рис. 18.2. Энергетические диаграммы собственного (а), донорного и-типа (б) и акцепторного p-типа (в) полупроводников Здесь Е — м и н и м а л ь н а я э н е р г и я , которую м о ж е т и м е т ь с в о б о д н ы й э л е к т ­ рон. В о з м о ж н ы е з н а ч е н и я э н е р г и и с в о б о д н ы х э л е к т р о н о в образуют р а з р е ш е н ­ ную зону, к о т о р у ю н а з ы в а ю т с в о б о д н о й , или зоной п р о в о д и м о с т и ( З П ) . Вели­ ч и н а E я в л я е т с я м а к с и м а л ь н о й э н е р г и е й э л е к т р о н о в в полностью з а в е р ш е н ­ ной с в я з и . Н и ж е E л е ж и т с п е к т р э н е р г и й всех с в я з а н н ы х в а л е н т н ы х электро¬ н о в , и эту р а з р е ш е н н у ю зону н а з ы в а ю т в а л е н т н о й зоной ( В З ) . Д л я того чтобы перевести электрон и з с в я з а н н о г о с о с т о я н и я в свободное, у чистого, т.е. собственного п о л у п р о в о д н и к а (рис. 18.2, а ) , п а д а ю щ и е фотоны д о л ж н ы сообщить е м у э н е р г и ю больше, ч е м А Е = Е - Е , г д е АЕ — ширина з а п р е щ е н н о й з о н ы полупроводника. З а п р е щ е н н а я зона п о л у п р о в о д н и к а опре¬ д е л я е т с я природой его х и м и ч е с к и х с в я з е й и температурой. П р и т е м п е р а т у р е 2 9 5 К д л я CdS АЕ = 0 , 6 3 э В ; д л я Si АЕ = 1 , 1 2 э В ; д л я Ge АЕ = 0 , 6 7 э В ; д л я PbS АЕ = 0,42 э В . П р и т е м п е р а т у р е 195К д л я PbSe АЕ = 0 , 2 3 э В ; д л я InAs АЕ = = 0,39 э В ; при т е м п е р а т у р е 7 7 К д л я InSb АЕ = 0 , 2 3 э В . Р а з р ы в п а р н о э л е к т р о н н о й с в я з и в э н е р г е т и ч е с к о й д и а г р а м м е д л я собствен¬ ного п о л у п р о в о д н и к а р а в н о з н а ч е н переводу э л е к т р о н а и з ВЗ в З П , в результате чего п о я в л я ю т с я с в о б о д н ы е д ы р к и в В З , т.е. в о з н и к а е т э л е к т р о н н о - д ы р о ч н а я с о б с т в е н н а я фотопроводимость — свойство вещества и з м е н я т ь свою электро¬ проводность под д е й с т в и е м оптического излучения. П р и в в е д е н и и в собствен¬ н ы й п о л у п р о в о д н и к п р и м е с е й в з а п р е щ е н н о й зоне п о л у п р о в о д н и к а п о я в л я ю т с я д о п о л н и т е л ь н ы е р а з р е ш е н н ы е у р о в н и (рис. 18.2, б, в). П р и м е с ь , отдающую э л е к т р о н ы в ЗП под д е й с т в и е м п а д а ю щ и х фотонов излучения, н а з ы в а ю т д о н о р ной, а п о л у п р о в о д н и к — э л е к т р о н н ы м , или и-типа, в н е м основную роль в при­ м е с н о й фотопроводимости играют э л е к т р о н ы (рис. 18.2, б). П р и м е с ь , з а х в а т ы с v v З С у З З З З З З З З