РОЗДІЛ 2
ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ТА ГАЛЬВАНІЧНІ ЯВИЩА НА ГРАНИЦІ ХАЛЬКОГЕНІДНИЙ СКЛОПОДІБНИЙ НАПІВПРОВІДНИК - МЕТАЛ
2.1. Вступ
У світлочутливій системі халькогенідний склоподібний напівпровідник - метал її світлочутливі властивості обумовлюються рухом іонів металу із шару металу в шар халькогенідного склоподібного напівпровідника під дією світла на систему. Тому, для того щоб зрозуміти механізм світлочутливості системи, треба виявити зв'язок освітлення системи з цим рухом іонів.
Безпосередньо світло діє на іони металу і може суттєво впливати на рух їх тільки тоді, коли частота світла дорівнює частоті власних коливань іонів у твердому тілі. Така частота розташована у далекій інфрачервоній ділянці оптичного діапазону. Вона знаходиться за межею спектральної області, в якій система світлочутлива. Це справедливо як для іона металу у шарі напівпровідника, так і для цього іона в шарі металу.
Відносно мала інтенсивність світла, яке викликає зміни у світлочутливій системі, виключає такі світлові ефекти як локальний розігрів, що може впливати на рух іона металу, як причина світлочутливості ?3?.
Безпосередньо на рух іона металу, як носія заряду, впливає електричне поле. Тому треба розглянути фотоефекти у світлочутливій системі халькогенідний склоподібний напівпровідник - метал, які змінюють електричні поля у системі. В залежності від того, де поглинається фотоактивне світло, треба розглядати фотоефекти при поглинанні світла в напівпровіднику і при поглинанні світла в металі.
При поглинанні світла електронами металевого шару частина цих електронів, збуджених світлом, може перейти у шар напівпровідника. Створене цими електронами електричне поле буде впливати на рух позитивних іонів металу. Такий процес обговорюється у третьому розділі.
У цьому розділі розглядаються фотоелектричні ефекти, які виникають у халькогенідному склоподібному напівпровіднику у його приповерхневому шарі на границі з металом. Під дією світла у вказаному шарі напівпровідника створюється додатковий електричний заряд, розподілений у просторі. Такий просторовий заряд виникає як біля вільній поверхні напівпровідника, так і біля границі напівпровідника з металом. Розподіл електричного заряду у просторі породжує електричне поле, яке діє на іони металу. Тобто біля поверхні напівпровідника утворюється фото електрорушійна сила (ЕРС). Значний вплив на фотоелектричні явища у халькогенідних склоподібних напівпровідниках мають металеві контакти та спектральні властивості напівпровідника ?63?.
Явище світлочутливості системи халькогенідний склоподібний напівпровідник - метал безпосередньо пов'язано з рухом іонів металу через шар напівпровідника. Тобто напівпровідник має іонну провідність і виявляє якості твердого електроліту. Унаслідок обміну іонами металу між металом та напівпровідником на межі напівпровідник - метал виникає гальванічна ЕРС. Вона разом із фотоерс, яка виникає у напівпровіднику, може суттєво впливати на рух іонів металу.
Тільки, зрозумівши вплив указаних вище сил на іон металу, можна будувати модель проникнення металу до напівпровідника через границю напівпровідник - метал у світлочутливій системі халькогенідний склоподібний напівпровідник - метал. Незважаючи на те що ці напівпровідники та контакти їх із металом детально вивчались, послідовний аналіз впливу вказаних сил у світлочутливих системах напівпровідник - метал не проводився. Цей аналіз уперше був проведений автором ?4, 64? і розглядається нижче.
2.2. Зміна під дією світла електричного потенціалу вільної
поверхні халькогенідного склоподібного напівпровідника
На освітленій поверхні напівпровідника може існувати електричний потенціал, який відрізняється від свого значення у глибині напівпровідника. Він обумовлений або поверхневими станами носіїв заряду, або ефектом Дембера (§ 6 розділу 11 ?45?). При освітленні поверхні напівпровідника цей потенціал виявляється у вигляді поверхневої фотоерс та ЕРС Дембера.
Поява фотоерс біля поверхні напівпровідника має своїм наслідком зміну роботи виходу електрона з цієї поверхні та зміну контактного потенціалу напівпровідника. Робота виходу (термоелектрична робота виходу) електрона речовини - це мінімальна робота, яку потрібно виконати, щоби перевести електрон із цієї речовини у стан спокою відносно речовини у вакуумі. Якщо EB - енергія електрона у вакуумі у стані спокою відносно речовини, F - рівень Фермі електронів речовини, то роботою виходу цієї речовини A буде A = EB - F (с. 245 ?44?, с. 211 ?45?). Контактний потенціал (контактна різниця потенціалів) U речовини, яка має роботу виходу електрона A1, відносно речовини з роботою виходу електрона A2, визначається рівнянням
де e - елементарний заряд (абсолютне значення заряду електрона) (с. 249 ?44?, с. 213 ?45?). Зміну електричного потенціалу вільної поверхні можна визначити конденсаторним методом (§ 6 розділу 11 ?45?). Цим методом вивчались вільні поверхні аморфних плівок селену та As2Se3 у роботах ?65, 66?.
В роботі ?65? дослідження проводились при температурі 150 K та 300 K. Вивчались плівки напівпровідника товщиною 2 мкм, які були нанесені термічним напиленням у вакуумі на підкладку. Підкладкою слугувало органічне скло з попередньо нанесеним шаром золота чи паладію. Цей шар використовувався як обкладинка конденсатора у конденсаторному методі визначення електричного потенціалу вільної поверхні напівпровідника. Освітлення плівки здійснювалося через іншу обкладинку конденсатора, зроблену у вигляді прозорої сітки. Ця сітка не була в електричному контакті з вільною поверхнею плівки напівпровідника, яка освітлювалась. Досліди проводились у вакуумі.