ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Поглощение света в твердых телах

Свет, попадая в твердое тело, вступает с ним во взаимодействие, связанное с обменом энер­гии. Часть энергии излучения поглощается и идет на увеличение энергии электронов или фотонов (теплового движения атомов). Поглощение света в твердом теле происходит в со­ответствии с законом Бугера-Ламберта:

Ф(х) = Ф0 (1 - У?)е“", (2?9)

Где Я — коэффициент отражения; Ф(х) — поток световой энергии на расстоянии х от по­верхности (вдоль луча); Ф0 — падающий на поверхность поток световой энергии; а — ко­эффициент поглощения.

Обратная ему величина х* = а'1 численно равна толщине слоя, при прохождении через который интенсивность света уменьшается в е раз. Зависимость коэффициента поглощения от частоты а(у) или от длины волны а(к) называется спектром поглощения тела.

Виды поглощения в полупроводниках:

- собственное (фундаментальное) поглощение света приводит к переходу электрона из связанного состояния в свободное, т. е. из валентной зоны в зону проводимости. Соб­ственное поглощение возможно при условии И> > £3, где Еъ — ширина запрещенной зоны полупроводника. Оно наблюдается в видимой и ближней инфракрасной облас­тях в зависимости от ширины запрещенной зоны;

- примесное поглощение вызвано ионизацией атомов примеси, т. е. переходом электро­нов от атома примеси в зону проводимости или из валентной зоны на уровни приме­си. Концентрация примесных атомов на несколько порядков ниже концентрации соб­ственных атомов решетки, поэтому интенсивность примесного поглощения света го­раздо ниже собственного;

- поглощение свободными носителями заряда обусловлено их движением под действи­ем электрических полей световой волны, которая отдает часть своей энергии на уско­рение свободных носителей, что приводит к ее ослаблению;

- фононное (решеточное) поглощение обусловлено взаимодействием световой волны с колебаниями кристаллической решетки тела (фотонами), при котором изменяется число оптических фотонов;

- экситонное поглощение вызвано образованием экситона (связанной пары электрон — дырка). Из-за нейтральности экситона изменения электрических свойств тела не про­исходит.

В основе работы фотоприемников, как правило, используется эффект собственного по­глощения. (В некоторых случаях, например, для расширения спектральной характеристики в длинноволновой области используют примесное поглощение.)