4 Physikalische Mechanismen: Absorption, Photoleitfähigkeit, Photonenemission
4.2 Photoleitfähigkeit und photoelektrischer Effekt

Photoleitfähigkeit ist ein optoelektronisches Ereignis, in dem ein Material wegen der Absorption der elektromagnetischen Strahlung, wie Licht, elektrisch leitfähiger wird.

Photoelektrischer Effekt: Viele Metalle emittieren Elektronen, wenn Licht auf sie auffällt. Falls bei der Photoemission ein Elektron in einem Material die Energie eines Photons absorbiert und mehr Energie als Austrittsarbeit des Materials erwirbt, wird es herausgelöst.

Albert Einstein erhielt 1921 den Nobelpreis für seine Forschung im Bereich des photoelektrischen Effekts. Die für das Auslösen eines Elektrons von einem Material benötigte Energie wird Austrittsarbeit des Metalls ϕ genannt.

Photonenemission: Wenn ein Elektron auf eine niedrigere Energieebene fällt und ein Loch trifft, setzt es Energie in der Form eines Photons frei. Die Wellenlänge des Lichts hängt von der Bandlücke des Halbleitermaterials ab. Das Licht wird als das Vielfache einer gewissen Mindestenergieeinheit emittiert. Die Größe dieser Einheit ist die Photonenenergie.

image
Bild 7: Photonenemission.

Die Photonenenergie gleicht (013), wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.

Berechnen Sie den Bereich der Wellenlängen, die von Germanium (Ge) nicht absorbiert werden, unter Berücksichtigung der Bandlücke von Ge = 0,66 eV.

LÖSUNG(EN)

Die Lichtabsorption in einem Halbleiter bildet Paare e-h+, wenn die Energie der einfallenden Photonen größer als die Bandlücke des Materials Eg ist. Für die Absorption von Photonen beträgt die Mindestenergie für Ge:

(014). Daher werden die Photonen mit den Wellenlängen (015) vom Halbleiter absorbiert.

Unter Berücksichtigung von hc = 1,24 eVμm, beträgt der Höchstwert der Photonen-Wellenlänge fürs Generieren von Paaren e-h+ in Ge λ < 1878 nm.

Alle physikalischen Effekte, die in diesem Kapitel beschrieben sind, haben eine spezifische Anwendung in optoelektronischen Technologien sowie in weiteren verwandten physikalischen Wissenschaften.