Efectul Dember

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 17 iulie 2019; verificările necesită 5 modificări .

Efectul Dember este un fenomen în fizica semiconductorilor , constând în apariția unui câmp electric și a EMF într-un semiconductor omogen cu iluminare neuniformă din cauza diferenței de mobilități a electronilor și a găurilor.

Timpul pentru stabilirea valorii staționare a fem-ului Dember sub iluminare constantă este determinat de timpul de stabilire a echilibrului difuzie-derire, care este apropiat de timpul de relaxare Maxwellian. Efectul Dember non-staționar cauzat de iluminarea pulsată este utilizat pentru a genera radiații terahertzi [1] [2] [3] . Cel mai puternic efect Dember se observă la semiconductori cu bandă interzisă îngustă și mobilitate mare a electronilor, cum ar fi InAs și InSb .

Fizica fenomenului

Când suprafața unui semiconductor este iluminată cu lumină cu o lungime de undă situată în regiunea de absorbție intrinsecă, formarea de electroni și găuri de neechilibru are loc în principal în apropierea acestei suprafețe. Electronii și găurile rezultate difuzează din zona mai iluminată către cea mai întunecată. Coeficientul de difuzie al electronilor este mai mare decât cel al găurilor, astfel încât electronii se propagă mai repede dintr-un loc luminat. Separarea spațială a sarcinilor duce la apariția unui câmp electric direcționat de la suprafață în interiorul cristalului. Acest câmp trage norul lent de găuri și încetinește norul rapid de electroni. Ca rezultat, apare un EMF între punctele iluminate și neluminate ale probei, care se numește EMF Dember.

Matematică

Valoarea FEM Dember în absența capcanelor și fără a lua în considerare recombinarea suprafeței este determinată de formula:

$\ U=-{\frac {D_{{n}}-D_{{p}}}{\mu _{{n}}+\mu _{{p}}}}\int \limits _{0} ^{l}{{\frac {d\sigma }{\sigma }}}$ ,

unde este coeficientul de difuzie a electronilor, este coeficientul de difuzie al orificiului, este mobilitatea electronilor, este mobilitatea gaurii, este distanta de la suprafata iluminata pana la locul in care nu mai exista purtatori de neechilibru. $\D_{{n}}$ $\D_{{p}}$ $\ \mu _{{n}}$ $\ \mu _{{p}}$ $\l$

Folosind notația și relația lui Einstein , se poate prelua integrala pentru a obține expresia finală pentru EMF: $\ b={\frac {\mu _{n)} {\mu _{p))}$ $\ eD_{n,p}=\mu _{n,p}k_{B}T$ $\l$

$\ U={\frac {kT}{e}}{\frac {b-1}{b+1}}ln{\frac {\sigma (0)}{\sigma (l)))$ .

Istorie

Deschis de fizicianul german X. Dember (N. Dember; 1931); teoria a fost dezvoltată de Ya. I. Frenkel (1933), fizicianul german G. Froelich (1935), E. M. Lifshitz și L. D. Landau (1936).

EMF transversală a lui Dember

În cristalele anizotrope, dacă suprafața iluminată este tăiată în unghi față de axele cristalografice, apare un câmp electric perpendicular pe gradientul de concentrație. FEM dintre fețele laterale ale probei în acest caz este egală cu $\E{_{D))^{\perp }$

$\ U_{\perp }=E{_{D))^{\perp }d$ ,

unde este lungimea părții iluminate a probei. $\d$

Note

↑ M. B. Johnston, D. M. Whittaker, A. Corchia, A. G. Davies și E. H. Linfield. Simularea generării de teraherți la suprafețele semiconductoare (engleză) // Physical Review B : jurnal. - 2002. - Vol. 65 . — P. 165301 . - doi : 10.1103/PhysRevB.65.165301 . - Cod .
↑ T. Dekorsy, H. Auer, H. J. Bakker, H. G. Roskos și H. Kurz. Emisia electromagnetică THz de către fononi coerenți în infraroșu-activ (engleză) // Physical Review B : jurnal. - 1996. - Vol. 53 . — P. 4005 . - doi : 10.1103/PhysRevB.53.4005 . — Cod .
↑ S. Kono și colab. Dependența de temperatură a radiației terahertzi de la suprafețele InSb de tip n și InAs de tip n // Appl . Fiz. B : jurnal. — Vol. 71 , nr. 6 . — P. 901 . - doi : 10.1007/s003400000455 .

Literatură

Shalimova K.V. Fizica semiconductorilor. - Moscova: „Energoatomizdat”, 1985. - 392 p.
Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Sov. enciclopedia , 1988. - Vol. 1: Efectul Aharonov-Bohm - Rânduri lungi. - 704 p.
A.G. Stâncos. Fenomene fotoelectrice în semiconductori. Manual pentru cursurile „Fenomene fotoelectrice în semiconductori” și „Fenomene fotoelectrice în semiconductori și nanostructuri semiconductoare”
M.V. Tsarev. Generarea și detectarea radiațiilor terahertzi prin impulsuri laser ultrascurte. Tutorial