4 Fyzikální mechanizmy: absorpce, fotovodivost, emise fotonu
4.2 Fotovodivost a fotoelektrický jev

Fotovodivost je optoelektronický jev, při kterém se látka stane elektrický vodivou v důsledku absorpce elektromagnetického záření, např. světla.

Fotoelektrický jev: mnoho kovů emituje elektrony, pokud jsou ozářeny. V případě fotoemise, pokud elektron v látce pohlcuje energii fotonu a je dodána energie větší než energie nutná pro opuštění látky, je foton z látky vyražen.

V roce 1921 obdržel Albert Einstein Nobelovu cenu za výzkum fotoelektrického jevu. Energie potřebná pro odstranění elektronu z látky je známa v literatuře jako výstupní práce kovů, ϕ.

Emise fotonu: Pokud elektron padá na nižší energetickou hladinu, kde potká díru, uvolní kvant energie v podobě fotonu. Vlnová délka fotonu závisí na šířce pásma mezi dvěma hladinami polovodiče. Světlo se vyzařuje jako násobek jisté minimální jednotky energie. Velikost této jednotky je právě energie fotonu.

image
Obr. 7. Emise fotonu.

Energie fotonu je: (013), kde c je rychlost světla ve vakuu.

Vypočítejte rozsah vlnových délek, které nejsou absorbovány germaniem: Ge, uvažujte šířku zakázaného pásma Ge = 0,66 eV.

ŘEŠENÍ

Absorpce světla v polovodiči způsobuje vznik páru e-h+, pokud je energie dopadajících fotonů větší než šířka zakázaného pásu (energetická vzdálenost dvou hladin) materiálu, Eg. Pro Ge je minimální hodnota energie pohlceného fotonu:

(014). Fotony o vlnové délce: (015) budou pohlceny v polovodiči.

Předpokládáme, že hc = 1,24 eVμm. Maximální hodnota vlnové délky fotonu pro uvolnění páru e-h+ z Ge je: λ < 1878 nm.

Všechny fyzikální jevy popsané v této kapitole nachází specifické aplikace v optoelektronice a příbuzných fyzikálních vědách.