4 Fyzikální mechanizmy: absorpce, fotovodivost, emise fotonu
4.1 Absorpce světla

Když se světlo šíří v optické látce, část energie fotonu je přeměněna na jiné formy energie (např. teplo). Tato ztracená energie je absorbovaná látkou. Elektrony atomů mohou přejít na vyšší energetický stav a excitovat se z valenčního pásu do vodivostního pásu kvůli absorpci energie fotonů. Tento proces doprovází vznik páru e-h+ (elektron-díra).

Nejdůležitějším jevem v případě absorpce záření v polovodiči je vznik páru e-h+. Každý pohlcený foton způsobí přechod elektronu z valenčního pásma do vodivostního pásma. Foton je pohlcen v polovodiči, pokud je energie fotonu větší než šířka pásma (energetická vzdálenost), která je spojená s přechodem, Eg.

Zakázané pásmo, Eg, je rozdíl energie vyjádřen v jednotkách eV (elektronvolty) mezi horní částí valenčního pásu a spodní částí vodivostního pásu v izolátorech a polovodičích. Elektronová afinita polovodiče, χ, je šířka vodivostního pásu vyjádřená v eV. Energie Fermiho, EF, indikuje nejvyšší energetický stav, který lze obsadit při teplotě 0 K. Energetické stavy položené výše než EF jsou prázdné až k úrovni vakua.

Eg = Ec – Ev

kde Ec a Ev je energie odpovídající horní části valenčního pásu a spodní části vodivostního pásu. Na Obr. 6 je znázorněn mechanizmus absorpce a energetický pásmový diagram.

image
Obr. 6. Pásový diagram a znázornění mechanizmu absorpce fotonu.
Typické vlastnosti některých polovodičů při teplotě 300 K

Polovodič

Eg (eV)

χ(eV)

křemík: Si

1,11

4,05

arsenid galia: GaAs

1,42

4,07

germanium: Ge

0,66

4,13

fosfid india: InP

1,35

4,5

fosfid galia: GaP

2,26

3,8

Pro každou vlnovou délku, λ, dopadajícího světelného svazku, Io, který prochází látkou, je intenzita svazku, I, snížená rozptylem a absorpcí. Lambertův zákon určuje přenos a absorpci takto:

I = Io·eαL

kde α je koeficient absorpce; α (m-1) je funkcí λ.