IST15878 Дар Бобало Ю. Я.

Містить бібліографію

Містить покажчик

ПЕРЕДМОВА.....11
ВСТУП.....13
Розділ 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ. ВЗАЄМОДІЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ З РЕЧОВИНОЮ.....15
1.1. Оптичне випромінювання.....15
1.2. Характеристики оптичного випромінювання.....18
1.2.1. Енергетичні характеристики випромінювання......20
1.2.2. Світлові характеристики випромінювання.....25
1.3. Закони випромінювання за теплової рівноваги.....28
1.3.1. Абсолютно чорне тіло.....29
1.3.2. Випромінювання реальних матеріальних середовищ.....35
1.3.3. Характеристики випромінювання Сонця.....37
1.4. Взаємодія оптичного випромінювання з речовинами.....39
1.5. Проходження випромінювання крізь атмосферу.....42
Контрольні питання до розділу 1.....44
Розділ 2. ФОТОЕЛЕКТРОНІКА.....45
2.1. Витоки фотоелектроніки.....45
2.2. Фотоелектроніка сьогодні.....50
2.3. Класифікація приймачів оптичного випромінювання.....56
Контрольні питання до розділу 2.....63
ЧАСТИНА ПЕРША
ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА В НАПІВПРОВІДНИКАХ ТА НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СТРУКТУРАХ.....65
Розділ 3. РІВНОВАЖНІ ТА НЕРІВНОВАЖНІ НОСІЇ ЗАРЯДУ В НАПІВПРОВІДНИКАХ.....67
3.1. Рівноважна провідність напівпровідника.....68
3.2. Розподіл нерівноважних носіїв заряду за енергіями. Квазірівні Фермі.....74
3.3. Чинники, що впливають на нерівноважні концентрації носіїв заряду.....78
3.4. Час життя нерівноважних носіїв заряду.....82
3.5. Релаксація нерівноважної провідності.....85
Контрольні питання до розділу 3.....91
Розділ 4. ГЕНЕРАЦІЯ НЕРІВНОВАЖНИХ НОСІЇВ ЗАРЯДУ.....92
4.1. Внутрішній фотоефект.....92
4.2. Оптичне поглинання у напівпровідниках.....95
4.2.1. Фундаментальне поглинання.....95
4.2.2. Екситонне поглинання.....103
4.2.3. Домішкове поглинання.....106
4.2.4. Поглинання вільними носіями заряду.....108
4.2.5. Поглинання на кристалічній ґратці.....112
4.3. Йонізація квантами великих енергій.....113
4.4. Утворення нерівноважних носіїв заряду у сильному електричному полі.....117
4.4.1. Ударна йонізація.....117
4.4.2. Лавинне розмноження.....123
4.4.3. Тунельні ефекти.....127
Контрольні питання до розділу 4.....129
Розділ 5. МЕХАНІЗМИ РЕКОМБІНАЦІЇ НЕРІВНОВАЖНИХ НОСІЇВ ЗАРЯДУ.....131
5.1. Міжзонна рекомбінація.....132
5.1.1. Випромінювальна рекомбінація.....132
5.1.2. Негативна люмінесценція.....137
5.1.3. Міжзонна ударна рекомбінація.....139
5.2. Роль локальних центрів у рекомбінаційних процесах.....142
5.3. Рекомбінація через локальні центри.....145
5.3.1. Мала концентрація пасток.....149
5.3.2. Довільна концентрація пасток.....154
5.3.3. Рекомбінація за наявності у напівпровіднику декількох типів пасток.....156
5.4. Вплив центрів прилипання.....159
5.5. Поверхнева рекомбінація.....161
Контрольні питання до розділу 5.....164
Розділ 6. ДИФУЗІЯ ТА ДРЕЙФ НЕРІВНОВАЖНИХ НОСІЇВ ЗАРЯДУ. РІВНЯННЯ НЕПЕРЕРВНОСТІ.....166
6.1. Дифузійний та дрейфовий струми.....166
6.2. Співвідношення Айнштайна.....169
6.3. Рівняння неперервності.....170
6.4. Дифузія та дрейф неосновних надлишкових носіїв заряду у домішковому напівпровіднику.....174
6.5. Амбіполярна дифузія та амбіполярний дрейф.....180
6.6. Дифузія та дрейф нерівноважних носіїв заряду у випадку монополярної провідності.....186
Контрольні питання до розділу 6.....190
Розділ 7. ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА В НАПІВПРОВІДНИКАХ.....192
7.1. Розподіл нерівноважних носіїв заряду в приповерхневій області кристала.....192
7.2. Спектральний розподіл фотопровідності.....196
7.3. Спектри фотопровідності сильно анізотропних напівпровідників.....199
7.4. Ефект Дембера.....203
7.5. Об'ємна фото-ЕРС.....209
7.6. Фотомагнітоелектричний ефект.....210
7.7. Варізонні напівпровідники у фотоелектроніці.....215
7.7.1. Варізонні напівпровідники.....215
7.7.2. Фотопровідність варізонних напівпровідників.....220
7.7.3. Фото-ЕРС у варізонних напівпровідниках.....224
7.7.4. Негативна люмінесценція варізонних напівпровідників.....226
Контрольні питання до розділу 7.....229
Розділ 8. НАПІВПРОВІДНИКОВІ СТРУКТУРИ У ФОТОЕЛЕКТРОНІЦІ.....231
8.1. Контакт метал-напівпровідник.....232
8.1.1. Вольт-амперна характеристика контакту метал-напівпровідник.....237
8.1.2. Фотоелектричні властивості контакту метал-напівпровідник.....241
8.2. Електрон-дірковий перехід.....242
8.2.1. Проходження струму через р-n-перехід.....248
8.2.2. Ємність р-n переходу.....256
8.2.3. Фотоелектричні властивості р-n-переходу.....259
8.3. Гетероперехід.....263
8.3.1. Вольт-амперна характеристика гетеропереходу.....266
8.3.2. Фотоелектричні властивості гетеропереходів.....270
8.3.3. Роль поверхневих рівнів на межі поділу гетеропереходів.....273
8.4. Структура метал-діелектрик-напівпровідник.....278
8.4.1. Електричні властивості приповерхневої області просторового заряду. Стаціонарний стан.....279
8.4.2. Перехідний стан.....287
Контрольні питання до розділу 8.....288
Розділ 9. КВАНТОВО-РОЗМІРНІ СТРУКТУРИ В ФОТОЕЛЕКТРОНІЦІ.....290
9.1. Розмірне квантування енергетичного спектра носіїв заряду.....291
9.2. Багатоямні квантові структури та надгратки.....300
9.2.1. Композиційні надгратки.....303
9.2.2. Леговані надгратки.....305
9.2.3. Леговані композиційні надгратки.....309
9.3. Густина квантових станів у квантових розмірних системах.....312
9.4. Концентрація носіїв заряду у надґратці.....316
9.5. Оптичне поглинання у квантових ямах.....318
9.6. Квазідвовимірний екситон у квантовій ямі.....320
9.7. Оптичні властивості надґраток.....325
9.7.1. Внутрішньозонні переходи.....325
9.7.2. Міжзонні переходи.....330
9.8. Нерівноважні носії заряду в квантових ямах та надгратках з коваріантною модуляцією.....336
9.9. Електричний струм у структурах з квантовими ямами. Резонансне тунелювання.....339
Контрольні питання до розділу 9.....341
ЧАСТИНА ДРУГА
ФІЗИКА НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ФОТОПРИЙМАЧІВ.....343
Розділ 10. ПАРАМЕТРИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ФОТОПРИЙМАЧІВ.....345
10.1. Параметри та характеристики фотонних приймачів оптичного випромінювання.....345
10.1.1. Параметри фотонних приймачів.....355
10.1.2. Характеристики фотоприймачів.....360
10.1.3. Параметри багатоелементних фотоприймачів.....361
10.2. Шуми фотонних приймачів оптичного випромінювання.....362
10.2.1. Головні поняття, які використовують для опису шумів.....363
10.2.2. Еквівалентна ширина смуги частот шуму.....381
10.2.3. Внутрішні шуми фотонних приймачів.....384
10.2.4. Зовнішні шуми фотонних приймачів.....З97
10.3. Граничні режими роботи фотонних приймачів.....400
10.3.1. Граничні параметри фотонних приймачів у режимі обмеження флуктуаціями сигналу.....401
10.3.2. Граничні параметри фотонних приймачів у режимі обмеження фоном.....404
10.3.3. Аналіз режимів обмеження флуктуаціями сигналу та фону.....409
10.5. Матеріали напівпровідникових фотоприймачів.....411
10.6. Параметри сучасних фотоприймачів.....415
Контрольні питання до розділу 10.....419
Розділ 11. ФОТОРЕЗИСТОРИ.....420
11.1. Фоторезистори на напівпровідниках з власною фотопровідністю.....421
11.1.1. Основи теорії фотопровідності власних фоторезисторів.....423
11.2. Струмова чутливість фоторезистора.....426
11.2.1. Вшив конструктивно-технологічних особливостей фоторезистора на його параметри.....427
11.2.2. Обмеження чутливості фоторезисторів унаслідок екстракції носіїв заряду.....428
11.3. Біполярна та монополярна фотопровідність власних фоторезисторів. Вплив домішок.....431
11.4. Коефіцієнт підсилення фоторезистора.....433
11.5. Стала часу та час фотовідгуку власних фоторезисторів.....437
11.6. Фоторезистори середнього інфрачервоного діапазону на полікристалічних плівках РbS та РbSе.....439
11.7. Фоторезистори для видимого діапазону.....444
11.8. Фоторезистори на напівпровідниках з домішковою фотопровідністю.....446
11.9. Приймачі SPRITE.....447
11.10. Приймачі на легованих надгратках.....449
11.11. Приймачі на ефекті поглинання вільними носіями.....452
Контрольні питання до розділу 11.....454
Розділ 12. ФОТОДІОДИ......456
12.1. Характеристики фотодіодів.....457
12.2. Фотодіод з р-n-переходом.....465
12.3. Р-i-n-фотодіоди.....468
12.4. Гетерофотодіоди.....470
12.5. Фотодіоди з бар'єром Шотткі.....472
12.6. Фотоприймачі на структурі метал-діелектрик- напівпровідник.....475
12.5. Фотодіоди з електронним перенесенням.....477
Контрольні питання до розділу 12.....481
Розділ 13. ЛАВИННІ ФОТОДІОДИ.....483
13.1. Принцип дії та фізичні характеристики лавинного фотодіода.....484
13.2. Коефіцієнт розмноження та смуга пропускання лавинних фотодіодів.....488
13.3. Надлишковий шум лавини.....490
13.4. Лавинні фотодіоди на багатошарових гетероструктурах: р-n-переходами.....494
13.5. Лавинні фотодіоди з варізонною структурою.....498
13.6. Лавинні фотодіоди на надгратках.....501
13.7. Каскадні лавинні фотодіоди.....506
13.8. Канальні лавинні фотодіоди.....508
13.9. Лавинний фотодіод з властивостями структури метал-діелектрик-напівпровідник.....515
Контрольні питання до розділу 13.....520
Розділ 14. ФОТОТРАНЗИСТОРИ ТА ФОТОТИРИСТОРИ.....521
14.1. Біполярні фототранзистори.....522
14.2. Особливості підсилення фототранзисторів з гетеропереходом.....524
14.3. Фототранзисторні структури.....534
14.4. Польові фототранзистори.....538
14.5. Фототиристори.....541
Контрольні питання до розділу 14.....543
Розділ 15. ІНФРАЧЕРВОНІ ПРИЙМАЧІ НА СТРУКТУРАХ З КВАНТОВИМИ ЯМАМИ ТА ТОЧКАМИ.....545
15.1. Порівняльна характеристика інфрачервоних фотоприймачів на квантових ямах та квантових точках 546
15.2. Фотодетектори на квантових ямах.....553
15.2.1. Конструкції фотодетекторів.....554
15.2.2. Фототранзистор з гарячими електронами.....557
15.2.3. Багатоколірні детектори на квантових ямах.....558
15.3. Фотодетектори на структурах з квантовими точками.....561
15.4. Властивості гетероструктур і квантових точок Si1-xGex-Si.....564
15.5. Фотоприймачі з квантовими точками Ge-Si.....568
15.5.1 Фотоприймач на р-і-р-структурі із самоорганізованими германієвими квантовими точками Зіркової провідності.....569
15.5.2. Фотодіоди з шарами германієвих квантових точок для близької інфрачервоної області 571
15.5.3. Фотодіод з перебудовою спектра на р+-р-n+-структурі.....575
Контрольні питання до розділу 15.....577
Розділ 16. ФОТОЧУТЛИВІ ПРИЛАДИ ІЗ ЗАРЯДОВИМ ЗВ'ЯЗКОМ.....579
16.1. Будова і принцип дії приладів із зарядовим зв'язком.....581
16.2. Параметри елементів приладів із зарядовим зв'язком.....590
16.3. Головні характеристики фоточутливих матриць.....594
16.4. Конструкції приладів із зарядовим зв'язком.....599
16.4.1. Дво- та однотактні прилади.....599
16.4.2. Прилад з об'ємним каналом перенесення.....601
16.5. Фотоприймальні прилади з перенесенням заряду.....603
16.5.1. Матриці із зарядовим зв'язком.....603
16.5.2. Прилади із зарядовою інжекцією.....606
16.5.3. Структура метал-діелектрик-напівпровідник у лавинному режимі як елемент приладу із зарядовим зв'язком.....609
16.6. Кольорові камери.....609
Контрольні питання до розділу 16.....612
Розділ 17. ФОТОПРИЙМАЛЬНІ ПРИСТРОЇ. МАТРИЦІ ФОТОПРИЙМАЧІВ.....613
17.1. Поняття про фотоприймальні пристрої.....614
17.2 Параметри фотоприймальних пристроїв.....618
17.3. Фоточутливі КМОН-матриці.....625
17.4. Фотоприймальні пристрої інфрачервоного діапазону.....634
17.5. Архітектура матриць фокальної площини.....639
17.5.1. Гібридні матриці.....640
17.5.2. Монолітні матриці фокальної площини.....645
17.6. Багатоколірні інфрачервоні матриці на основі гетеро-переходів з СdНgТе.....648
17.7. Кількість чутливих елементів фотоприймального пристрою.....652
Контрольні питання до розділу 17.....655
Розділ 18. КООРДИНАТНО-ЧУТЛИВІ ФОТОПРИЙМАЧІ.....656
18.1. Координатно-чутливий фотодетектор на поперечному ефекті.....657
18.2. Двокоординатні фотодетектори.....660
18.3. Сегментні координатно-чутливі детектори.....662
18.4. Координатно-чутливі фотодетектори на структурах метал-діелектрик-напівпровідник.....664
18.5. Матричні координатно-чутливі фотодетектори.....666
18.6. Відслідковувальні координатно-чутливі фотодетектори.....669
Контрольні питання до розділу 18.....671
Розділ 19. СОНЯЧНІ ЕЛЕМЕНТИ.....672
19.1. Принцип дії сонячного елемента та його головні характеристики.....674
19.2. Матеріали сонячних елементів.....680
19.3. Конструкції сонячних елементів.....683
19.4. Каскадні сонячні елементи з надвисоким коефіцієнтом корисної дії.....688
19.5. Високоефективні сонячні елементи з наноструктурами.....693
19.6. Перспективи розвитку сонячної енергетики.....700
Контрольні питання до розділу 19.....709
ПІСЛЯМОВА.....711
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.....712
ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК.....715
СПИСОК ПОЗНАЧЕНЬ.....723

Книга, яка складається з двох частин, присвячена окремому напряму фотоелектроніки - напівпровідниковій фотоелектроніці. У першій частині викладено фізичні засади фотоелектричних явищ у напівпровідниках та напівпровідникових структурах, зокрема нанорозмірних. У другій частині розглянуто фізичні принципи роботи, будову та головні характеристики цілої низки напівпровідникових фотоприймачів, як дискретних, так і багато-елементних.
Для студентів старших курсів вищих навчальних закладів фі-зичних та фізико-технічних спеціальностей, аспірантів та фахівців, які працюють в галузі електроніки.