Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках
    
    В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). При этом изменяется проводимость вещества или возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники - нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы.
    Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим основным:
    - поглощение света и фотопроводимость;
    - фотоэффект в p-n переходе;
    - электролюминесценция;
    - стимулированное когерентное излучение.
    
    
    Фотопроводимость. Фоторезистивный эффект
    
    Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения.
    При освещении полупроводника в нем происходит генерация электронно-дырочных пар за счет переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину
    
    ?? = e (?n ?ni + ?p ?pi), (1)
     где e - заряд электрона; ?n - подвижность электронов; ?p - подвижность дырок; ?ni - концентрация генерируемых электронов; ?pi - концентрация генерируемых дырок.
    Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е. междузонный переход, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию
    
    h?кр ? ?W, (2)
     где h - постоянная Планка; ?W - ширина запрещенной зоны полупроводника; ?кр - критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости).
    Излучение с частотой ? < ?кр не может вызвать фотопроводимость, так как энергия кванта такого излучения h? < ?W недостаточна для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Если же h? > ?W, то избыточная относительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передается электронам в виде кинетической энергии.
    Критической частоте ?кр соответствует граничная длина волны
    
    ?гр = с / ?кр, (3)
     где с - скорость света (3(108 м/с). При длинах волн, больших граничной, фотопроводимость резко падает. Так, для германия граничная длина волны составляет примерно 1.8 мкм. Однако спад фотопроводимости наблюдается и в области малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощения энергии с частотой и уменьшением глубины проникновения падющей на полупроводник электромагнитной энергии. ............