Efecto dember

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El efecto Dember es un fenómeno de la física de semiconductores , que consiste en la aparición de un campo eléctrico y EMF en un semiconductor homogéneo con iluminación desigual debido a la diferencia en las movilidades de electrones y huecos.

El tiempo para establecer el valor estacionario de la fem de Dember bajo iluminación constante está determinado por el tiempo para establecer el equilibrio de difusión-deriva, que es cercano al tiempo de relajación de Maxwell. El efecto Dember no estacionario causado por la iluminación pulsada se utiliza para generar radiación de terahercios [1] [2] [3] . El efecto Dember más fuerte se observa en semiconductores con una banda prohibida estrecha y alta movilidad de electrones, como InAs e InSb .

Física del fenómeno

Cuando la superficie de un semiconductor se ilumina con luz con una longitud de onda que se encuentra en la región de absorción intrínseca, la formación de electrones y huecos fuera del equilibrio ocurre principalmente cerca de esta superficie. Los electrones y huecos resultantes se difunden desde el área más iluminada hacia la más oscura. El coeficiente de difusión de los electrones es mayor que el de los huecos, por lo que los electrones se propagan más rápido desde un lugar iluminado. La separación espacial de las cargas da lugar a la aparición de un campo eléctrico dirigido desde la superficie hacia el interior del cristal. Este campo atrae la nube lenta de agujeros y frena la nube rápida de electrones. Como resultado, surge un EMF entre los puntos iluminados y no iluminados de la muestra, que se llama Dember EMF.

Matemáticas

El valor de la fem de Dember en ausencia de trampas y sin tener en cuenta la recombinación superficial se determina mediante la fórmula:

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

donde es el coeficiente de difusión de electrones, es el coeficiente de difusión de huecos, es la movilidad de electrones, es la movilidad de huecos, es la distancia desde la superficie iluminada hasta el lugar donde ya no hay portadores fuera del equilibrio. $\D_{{n}}$ $\D_{{p}}$ $\ \mu _{{n}}$ $\ \mu _{{p}}$ ${\ estilo de visualización \ l}$

Usando la notación y la relación de Einstein , se puede tomar la integral para obtener la expresión final de la FEM: ${\ Displaystyle \ b = {\ frac {\ mu _ {n}} {\ mu _ {p}}}}$ ${\ estilo de visualización \ eD_ {n, p} = \ mu _ {n, p} k_ {B} T}$ ${\ estilo de visualización \ l}$

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

Historia

Inaugurado por el físico alemán X. Dember (N. Dember; 1931); la teoría fue desarrollada por Ya. I. Frenkel (1933), el físico alemán G. Froelich (1935), E. M. Lifshitz y L. D. Landau (1936).

Fem transversal de Dember

En los cristales anisotrópicos, si la superficie iluminada se corta en ángulo con los ejes cristalográficos, aparece un campo eléctrico que es perpendicular al gradiente de concentración. La fem entre las caras laterales de la muestra en este caso es igual a ${\ Displaystyle \ E {_ {D}} ^ {\ perp}}$

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

donde es la longitud de la parte iluminada de la muestra. ${\ estilo de visualización \ d}$

Notas

↑ M. B. Johnston, D. M. Whittaker, A. Corchia, A. G. Davies y E. H. Linfield. Simulación de la generación de terahercios en superficies de semiconductores (inglés) // Physical Review B : revista. - 2002. - vol. 65 . — Pág. 165301 . -doi : 10.1103 / PhysRevB.65.165301 . - .
↑ T. Dekorsy, H. Auer, H. J. Bakker, H. G. Roskos y H. Kurz. Emisión electromagnética THz por fonones activos infrarrojos coherentes (inglés) // Physical Review B : revista. - 1996. - vol. 53 . — Pág. 4005 . -doi : 10.1103 / PhysRevB.53.4005 . — .
↑ S. Kono et al. Dependencia de la temperatura de la radiación de terahercios de las superficies InSb de tipo n e InAs de tipo n // Appl . física B : diario. — vol. 71 , núm. 6 _ — Pág. 901 . -doi : 10.1007/ s003400000455 .

Literatura

Shalimova KV Física de semiconductores. - Moscú: "Energoatomizdat", 1985. - 392 p.
Enciclopedia Física / Cap. edición A. M. Projorov . - M . : Sov. enciclopedia , 1988. - Vol. 1: Efecto Aharonov-Bohm - Largas filas. - 704 pág.
AG Rocoso. Fenómenos fotoeléctricos en semiconductores. Libro de texto para los cursos "Fenómenos fotoeléctricos en semiconductores" y "Fenómenos fotoeléctricos en semiconductores y nanoestructuras de semiconductores"
MV Tsarev. Generación y detección de radiación de terahercios mediante pulsos láser ultracortos. Tutorial