P-n ауысуыны фотоэлектрлік асиеттері

 

Монокристалды кремний негізіндегі арапайым кн элементі келесідегідей рылыма ие болады: р-типті кремнилі пластинадан кіші тередікте жіішке металды байланысы бар p–n ауысуы орналасан, пластинаны арты жаында біркелкі металды байланыс орналасан [12]. p–n ауысуы жартылай ткізгішті жарытандыру бетіне жаын орналасады. Кн элементін электрэнергиясы ретінде олдананда оны соына кедергі кші жалану керек. Бастапыда екі жадайды араймыз: ыса тйыталу режимі жне (бірлік жріс режимі).

Осы режимдерге арналан зоналы диаграмма 9.4 а, б-суретте крсетілген [12, 22, 28].

Бірінші жадайда жарытандыруды зоналы диаграммасыны p–n ауысуы термодинамикалы жарытандыру зонасынан айырмашылыы жо. Біра p–n ауысуы арылы жне сырты ткізгіш арылы ток жреді, р облысында элекронды-тесік жптары шартында фоторегенерацияланады.

Фотоэлектрондар, клемдік заряд ауданына жаын орналасып, p–n ауысуыны электр рісі аймаында айналып, n-аумаына тседі [12,50,52].

алан электрондар шыындарды орнын толтыру шін p–n ауысуына диффундалады, нтижесінде олар да n-аумаына тседі. n-аумаында электрондарды шептік металды байланыса арай, ішкі тізбекті аысы жне р-аумаындаы байланыса баытталан озалысы туындайды.

 

9.4-сурет. Жарытандыру кезіндегі p–n-ауысуыны энергетикалы зоналарыны диаграммалары: а – ыса тйыталу; б – бірлік жріс; в – кедергілік кшті осылуы .

 

Байланыс шекарасында р облысы жанында фоторегенерацияланан тесіктермен электрондар жаындаанда рекомбинацияланады.

Ашы сырты тізбекте p–n ауысуындаы фотоэлектрондар n облысына тскенде осы облыста жиналады жне n облысын кері зарядтайды. Р облысында алан тесіктер р облысын о зарядтайды.

Осы кезде пайда болан патенциалдар айырмасы кернеуді бірлік жрісі болып табылады . Полярлы p–n- ауысуыны тік араласуына сйкес келеді.

Генерацияланан жары аынымен тасымалдаыш фототокты райды. лшемі фотогенерацияланан p–n ауысуындаы бірлік уаытта ткен тасымалдыыш санына те.

, (9.3)

мндаы, – электрон зарядыны лшемі; – монохроматты сулелену жтылуыны уаты.

Жартылай ткізгіште энергиямен рбір жтылан фотон бір электронды-тесік жбын райды [12, 22, 17, 52].

Бл шарт Si жне GaAs негізіндегі кн элементтеріне орындалады p–n ауысуы кезінде омды нлдік ішкі шыындар кн элементіні ыса тйыталу режимі p–n ауысуды ауытуыны нлдік кернеуіне эквивалентті, сондытан ыса тйыталу тогы фототока те. (9.4 а-сурет)

. (9.4)

Бос жріс тртібінде p–n ауысуы жылжуды кернеуі . арылы туатын тікелей ток - аралы токпен теестіріледі. «аралы» токты абсолюттік мні:

, (9.5)

Бл жерде

, (9.6)

мндаы, – Больцман тратысы, 1,38·10^-23 Дж/К=0,86·10^-4 эВ/К; – абсолюттік температура, К; – аныан ток.