Ефект Дембера

Ефект Дембера — явище в фізиці напівпровідників, яке складається з виникнення електричного поля і ЕРС в однорідному напівпровіднику при його нерівномірному освітленні за рахунок різниці рухливості електронів і дірок. Час встановлення постійного значення ЕРС Дембера при постійному освітленні визначається часом встановлення дифузійно-дрейфової рівноваги, близьким до максвелівського часу релаксації. Непостійний ефект Дембера, що викликаний імпульсним освітленням, використовується для генерації терагерцового випромінювання. Найбільш сильний ефект Дембера спостерігається в напівпровідниках з вузькою забороненою зоною і високою рухливістю електронів, наприклад в InAs, InSb .

Фізика явища

При освітлюванні поверхні напівпровідника світлом з довжиною хвилі, яка лежить в області власного поглинання, утворення нерівноважних електронів і дірок відбувається в основному поблизу цієї поверхні. Виниклі електрони і дірки дифундують з області більш освітлюваної в більш затемнену. Коефіцієнт дифузії у електронів більший, ніж у дірок, тому електрони швидше поширюються від освітленого місця. Просторове розділення зарядів призводить до виникнення електричного поля, яке спрямоване від поверхні в глиб кристала. Це поле тягне повільну хмару дірок і уповільнює швидку хмару електронів. В результаті між освітленими і неосвітленими точками зразка виникає ЕРС, яка отримала назву ЕРС Дембера.

Математика

Величина ЕРС Дембера за відсутності пасток і без обліку поверхневої рекомбінації визначається формулою:

$\ U=-{\frac {D_{n}-D_{p}}{\mu _{n}+\mu _{p}}}\int \limits _{0}^{l}{\frac {d\sigma }{\sigma }}$ ,

де $\ D_{n}$ — коефіцієнт дифузії електронів, $\ D_{p}$ — коефіцієнт дифузії дірок, $\ \mu _{n}$ — рухливість електронів, $\ \mu _{p}$ — рухливість дірок, $\ l$ — відстань від поверхні, що освітлюється до місця, де вже немає нерівноважних носіїв.

ввівши позначення $\ b={\frac {\mu _{n}}{\mu _{p}}}$, враховуючи співвідношення Ейнштейна $\ eD_{n,p}=\mu _{n,p}k_{B}T$ і беручи інтеграл, одержимо

$\ U={\frac {kT}{e}}{\frac {b-1}{b+1}}ln{\frac {\sigma (0)}{\sigma (l)}}$,

Історія

Відкрив німецький фізик X. Дембер (Н. Dember; 1931); теорію розробив Я.І.Френкель (1933), німецький фізик Г. Фреліх (1935), Е.М.Ліфшиц і Л.Д.Ландау (1936).

Поперечна ЕРС Дембера

В анізотропних кристалах, якщо освітлювана поверхня вирізана під кутом до кристалографічних осей, з'являється електричне поле $\ E{_{D}}^{\perp }$, перпендикулярне градієнту концентрації. ЕРС між бічними гранями зразка в цьому випадку дорівнює

$\ U_{\perp }=E{_{D}}^{\perp }d$ ,

де $\ d$ — довжина освітленої частини зразка.

Література

• Шалимова К.В.,місце Москва,видавництво «Энергоатомиздат», 1985 рік,стр 392
• відповід. ред. А. М. Прохоров, місце М., видавництво Большая Российская энциклопедия (издательство), Сов. энциклопедия, 1988 рік, стр. 704
• А. [Архівовано 27 серпня 2018 у Wayback Machine.] Г. [Архівовано 27 серпня 2018 у Wayback Machine.] Роках. [Архівовано 27 серпня 2018 у Wayback Machine.] Фотоелектричні явища в напівпровідниках. [Архівовано 27 серпня 2018 у Wayback Machine.] Навчальний посібник з курсів «Фотоелектричні явища в напівпровідниках» і «Фотоелектричні явища в напівпровідниках і напівпровідникових наноструктурах» [Архівовано 27 серпня 2018 у Wayback Machine.]
• М. [Архівовано 22 грудня 2018 у Wayback Machine.] В. [Архівовано 22 грудня 2018 у Wayback Machine.] Царьов. [Архівовано 22 грудня 2018 у Wayback Machine.] Генерація та реєстрація терагерцового випромінювання ультракороткими лазерними імпульсами. [Архівовано 22 грудня 2018 у Wayback Machine.] Навчальний посібник [Архівовано 22 грудня 2018 у Wayback Machine.]