4 Fyzikálne mechanizmy: Absorpcia, fotovodivosť, fotónová emisia
4.1 Absorpcia svetla

Keď sa svetlo šíri materiálom, časť energie fotónov sa premení na iné formy energie (napr. teplo). Táto stratená energia je absorbovaná materiálom. Elektróny atómov môžu prejsť do vyššieho energetického stavu a excitovať sa z valenčného pásma do vodivostného pásma vďaka absorpcii energie fotónov. Tento proces je sprevádzaný vznikom párov e-h+ (elektrón-diera).

Najdôležitejším javom v prípade absorpcie žiarenia v polovodiči je vznik párov e-h+. Každý pohltený fotón spôsobí prechod elektrónu z valenčného pásma do vodivostného pásma. Fotón je pohltený v polovodiči, ak je energia fotónu väčšia ako šírka zakázaného pásma Eg materiálu.

Zakázané pásmo Eg je rozdiel energie vyjadrený v jednotkách eV (elektrónvolty) medzi hornou časťou valenčného pásma a spodnou časťou vodivostného pásma v izolantoch a polovodičoch. Elektrónová afinita polovodiča χ je šírka vodivostného pásma vyjadrená v eV. Fermiho energia EF indikuje najvyšší energetický stav, ktorý je možné obsadiť pri teplote 0 K. Energetické stavy položené vyššie než EF sú prázdne až po úroveň vákua.

Eg = Ec – Ev

kde EcEv sú energie zodpovedajúce hornej časti valenčného pásma a spodnej časti vodivostného pásma. Na obr. 6 je znázornený mechanizmus absorpcie a energetický pásmový diagram.

image
Obr. 6. Pásový diagram a znázornenie mechanizmu absorpcie fotónu.
Typické vlastnosti niektorých polovodičov pri teplote 300 K

Polovodič

Eg (eV)

χ(eV)

kremík: Si

1,11

4,05

arzenid gália: GaAs

1,42

4,07

germánium: Ge

0,66

4,13

fosfid india: InP

1,35

4,5

fosfid gália: GaP

2,26

3,8

Pre každú vlnovú dĺžku λ dopadajúceho svetelného zväzku Io, ktorý prechádza materiálom sa intenzita zväzku I zníži rozptylom a absorpciou. Lambertov zákon určuje prenos a absorpciu:

I = Io·eαL

kde α je koeficient absorpcie; α (m-1) je funkciou λ.