Фотоэлектромагнитный ефект і застосування в пристроях функціональної электроники

Министерство Освіти РФ.

Володимирський Державний Университет.

Кафедра конструювання і технології радіоелектронних средств.

Дослідницька робота на тему:

Фотоэлектромагнитный ефект і застосування в пристроях функціональної електроніки по дисциплине.

Спеціальні глави физики.

Виконав: ст. грн. РЭ-101.

Солодов Д. В.

Проверил:

Устюжанинов У. Н.

Володимир 2003.

1. Фізичне опис фотоэлектромагнитного ефекту …3.

2. Математичного моделювання фотоэлектромагнитного эффекта…6.

3. Оцінка перспектив використання фотоэлектромагнитного ефекту в пристроях функціональної электроники…11.

1. Фізичне опис фотоэлектромагнитного эффекта.

Фотоэлектромагнитный ефект, званий також фотомагнитоэлектрическим, фотогальваномагнитным ефектом і ефектом Кикоина — Носкова відкрито 1934 р. Кикоиным і Носковым і пояснений тоді ж Френкелем. Близько 20 років з’ясувалося, що вимір ФМЭ і пов’язаних із нею ефектів є дуже зручним методом визначення часу життя та інших параметрів неосновних носіїв заряду в напівпровідниках. Ці параметри напівпровідникових матеріалів грають першорядну роль напівпровідникової електроніці. У Росії її за кордоном почалися широкі й інтенсивні дослідження фотомагнитного і можливостей її використання. Була побудована докладна теорія ефекту, заміряний ефект в германії, кремнії, антимониде індію і багатьох інших матеріалах, розроблено методику визначення рекомбинационных постійних, з урахуванням фотомагнитного ефекту створено приймачі інфрачервоних променів і магнитометры.

Якщо напівпровідник висвітлюється випромінюванням з енергією фотона, перевищує ширину забороненої зони, то під впливом випромінювання електрони переходять із валентної зони до зони провідності, т. е. генеруються электроннодырочные пари. Генерація пар вільних носіїв заряду шляхом зовнішнього на напівпровідник називається біполярним порушенням. При меншою енергії фотона можна спостерігати генерація носіїв одного знака як основних, і неосновних, з домішкових центрів (монополярное порушення). Які Генеруються світлом надлишкові носії разом із равновесными беруть участь у електропровідності, можуть дифундувати від однієї точки зразка в іншу. Зустрічаючись друг з одним чи з примесными центрами, надлишкові носії можна знищувати, рекомбинировать. Поведінка надлишкових носіїв описується такими параметрами, як тривалість життя, диффузионная довжина, швидкість поверхневою рекомбінації тощо. буд. Ці параметри істотно визначають роботу таких найпоширеніших напівпровідникових приладів, як транзистор, діод, фотоелемент та інших. При цьому з’ясовується, що «дія цих приладів зумовлено надмірними неосновными носіями заряду, тому вимір параметрів неосновних носіїв заряду є необхідною етапом у дослідженні матеріалів, виділені на виготовлення приладів, соціальній та контроль знань цих матеріалів процесі виробництва. Розв’язати цю важливе завдання допомагає фотоэлектромагнитный эффект.

[pic] Рис. 1 Виникнення фотоэлектромагнитного ефекту в напівпровідникової пластині, де М — напруженість магнітного поля, l — довжина пластини, d — її товщина, x1 і x2 — осі координат.

Фотоэлектромагнитный ефект полягає у появу фото е. буд. з. чи фототока в освітленої напівпровідникової платівці, вміщеній в магнітне полі, паралельне його поверхні. Фотоэлектромагнитная е. буд. з. зокрема у напрямі, перпендикулярному променю світла, і магнітному полю. Ефект пояснюється ось чим образом.

Нехай світло вихоплює поверхню платівки, перпендикулярну осі х2 (мал.1). Поблизу освітленої поверхні утворюється надлишок електронів і дірок щодо їх рівноважних концентрацій при даної температурі. Носії заряду дифундують вглиб зразка зі швидкостями, величини яких, визначаються коефіцієнтами дифузії електронів і дірок. Якщо коефіцієнти дифузії електронів і дірок, пропорційні подвижностям, не рівні одна одній, то мері наближення до темновой поверхні надлишкова концентрація ближчих носіїв заряду перевищує надлишкову концентрацію більш повільних, що викликає поява електричного поля, спрямованого перпендикулярно площині платівки. Це електричне полі уповільнює насичення глиб зразка ближчих носіїв заряду і прискорює рух більш повільних носіїв заряду. У стаціонарному режимі рівні потоки електронів і дірок, перпендикулярні до платівки, не створюють електричного тока.

Магнітне полі, спрямоване перпендикулярно потокам носіїв заряду, відхиляє диффундирующие електрони і дірки в супротивники, в результаті що їхні струми у бік x1 складаються, створюючи сумарний струм, щільність якого загасає у міру віддалення від освітленої поверхні внаслідок рекомбінації надлишкових носіїв заряду. Якщо кінці зразка замкнути накоротко, то у зовнішній ланцюга потече струм короткого замикання фотомагнитного ефекту. У разі короткого замикання струм у кожному точці зразка направлений у те ж бік, причому переважна більшість струму тече поблизу освітленої поверхні в шарі завтовшки, рівної дифузійної длине.

Якщо контакти розімкнуті, то, на кінцях зразка накопичуються електричні заряди, що викликає поява електричного поля, спрямованого вздовж зразка. Це електричне полі створює в зразку струм, врівноважуючий струм короткого замикання. фотомагнитного ефекту. Тому збуджений цим електричним полем струм розподіляється рівномірно по глибині зразка. Поблизу освітленої поверхні щільність струму, викликаного електричним полем, по абсолютну величину менше щільності фотомагнитного струму, поблизу темновой поверхні — перевищує її. У результаті зразку виникає який циркулює струм, показаний на рис. 1 пунктиром. Який Циркулює струм був експериментально виявлено з допомогою фотомагнитомеханического ефекту, який перебуває у появі моменту сил, діючих на напівпровідник в магнітному поле.

Різниця потенціалів, що спостерігається між кінцями зразка при розімкнутої зовнішньої ланцюга, називається напругою розімкнутої ланцюга фотомагнитного ефекту, чи фотомагнитной е. буд. с.

2. Математичного моделювання фотоэлектромагнитного эффекта.

У цьому частини роботи, користуючись основними формулами ФМЭ, я розгляну залежність струму ФМЭ від напруженості магнітного поля, інтенсивності світла, параметрів матеріалу і геометричних параметрів пластины.

У слабких магнітних полях ([pic]) струм ФМЭ збільшується пропорційно напруженості магнітного поля. Це тим, що з вплив сильного магнітного поля траєкторії носіїв між зіткненнями сильно скривлені і швидкість дифузії менше, аніж за відсутності магнітного поля. Це відбито у формулі, визначальною залежність ефективних значень дифузійної довжини і коефіцієнта дифузії від магнітного поля:

[pic] (1).

де [pic]- тривалість життя, n, p — повна концентрація носіїв, [pic]и [pic]- величини, зумовлені формулой:

[pic] (2).

[pic].

(3), де D — ефективний коефіцієнт біполярної диффузии.

Залежність D і L від напруженості магнітного поля проявляється порізного при малої і великий швидкості поверхневою рекомбінації. За слабкої поверхневою рекомбінації (S.