光磁效應(yīng)

光磁效應(yīng) 1.由于光激發(fā)非平衡載流子的擴(kuò)散，在光照面與背面之間產(chǎn)生的電勢差，稱為丹倍電勢差，有時也稱為光擴(kuò)散電勢差。這個效應(yīng)稱為丹倍效應(yīng)（Dembereffect）

2.如果沿x方向用光照射半導(dǎo)體表面的同時，還在z方向施加磁場，則在y方向的樣品兩端將產(chǎn)生電勢差，這個效應(yīng)稱為光磁效應(yīng)或光電磁效應(yīng)。類似于兩種載流子的霍爾效應(yīng)。與霍爾效應(yīng)的區(qū)別：霍爾效應(yīng)中定向運動是由外加電場引起的，兩種載流子運動方向相反，電流方向相同，垂直磁場使兩種載流子向同一方向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)電流效果是相互減弱；而光磁效應(yīng)中，定向運動是由擴(kuò)散引起的，兩種載流子擴(kuò)散方向相同，在垂直磁場作用下，向相反方向偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)電流效果是相互加強(qiáng)的。在P型硅中存在深、淺兩種陷阱，開始時兩種陷阱都基本飽和，即陷阱基本上被電子填滿，導(dǎo)帶中尚有相當(dāng)數(shù)量的非平衡電子。 圖中1，2，3三部分分別對應(yīng)于導(dǎo)帶中電子、淺陷阱中電子和深陷阱中電子的衰減。紅外淬滅：在激發(fā)本征光電導(dǎo)的同時，用適當(dāng)波長的紅外光照射半導(dǎo)體樣品，可能導(dǎo)致光電導(dǎo)顯著下降，這種現(xiàn)象稱為紅外淬滅。陷阱效應(yīng)原因：在無長波長的光照射時，陷阱中的載流子只能依靠熱激發(fā)回到相應(yīng)的能帶，其幾率通常是很小的。用長波長的光照射樣品，被陷的載流子可以由光激發(fā)脫離陷阱，因而增大了被激發(fā)回能帶的幾率（），大大減小了在陷阱中的平均自由時間（），導(dǎo)致光電導(dǎo)顯著下降（(10.101)式）。因此，在相同的本征激發(fā)條件下，用自然光激發(fā)比用單色光有較小的靈敏度。

能量的光子，照射P－N結(jié)面，結(jié)較淺，則在結(jié)兩側(cè)都產(chǎn)生電子－空穴對。非平衡載流子使少子濃度發(fā)生很大變化，而多子濃度幾乎不變。在內(nèi)建電場作用下，P區(qū)少子電子向N區(qū)漂移，N區(qū)少子空穴向P區(qū)漂移，則在P區(qū)形成空穴積累，在N區(qū)形成電子積累。形成少子濃度梯度。用適當(dāng)波長的光照射非均勻半導(dǎo)體，（例如P-N結(jié)和金屬-半導(dǎo)體接觸等），由于勢壘區(qū)中內(nèi)建電場的作用，依據(jù)外回路電阻的大小，可以檢測出光生電流，或者得到光生電壓。這種由內(nèi)建電場引起的光電效應(yīng)，稱為光生伏特效應(yīng)。eV機(jī)理：驅(qū)動力內(nèi)建電場光生伏特效應(yīng)：少子行為的作用

在光激發(fā)過程中，非平衡載流子使少子濃度發(fā)生很大變化，而多子濃度幾乎不變。eV若把P－N結(jié)兩端接上負(fù)載，就會有電流通過，在結(jié)內(nèi)形成由N區(qū)流向P區(qū)的光生電流。（是應(yīng)用極廣的重要效應(yīng)）

如：太陽能電池（光電池，輻射能量轉(zhuǎn)換器件）：光伏型半導(dǎo)體探測器：若外電路開路，則結(jié)兩側(cè)的電荷積累將導(dǎo)致P－N結(jié)兩端形成電勢差，相當(dāng)于在它的兩端加上正向電壓V，使勢壘高度降低，產(chǎn)生正向電流；當(dāng)正向電流和光生電流相等時，結(jié)兩端具有穩(wěn)定的電勢差，即光電池的開路電壓。1988年，日本日立金屬公司的Yashizawa等人在非晶合金基礎(chǔ)上通過晶化處理開發(fā)出納米晶軟磁合金（Finemet）。特點：高BS，高

i，低損耗，鐵基原材料成本低廉；晶粒尺寸減小，矯頑力降低*目前已經(jīng)開發(fā)或正在開發(fā)研究的系統(tǒng)：Fe-Cu-M-Si-B（M為Nb，Ta，Mo，W，Zr，Hf等）Fe-M-C和Fe-M-V（M為Ta等耐熱金屬）最著名的為Finemet納米微晶軟磁材料，其組成為Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，晶粒尺寸約為10nm。*制備方法：非晶晶化法非晶條帶，在略高于非晶晶化溫度下退火一定時間，使之納米晶化。d.繼續(xù)增大正向電壓，勢壘高度進(jìn)一步降低，如圖d，在結(jié)兩邊能量相同的量子態(tài)減少，使n區(qū)導(dǎo)帶中可能穿過隧道的電子數(shù)和p區(qū)價帶中可能接收穿過隧道的電子的空量子態(tài)減少，隧道電流隨電壓增加減小，出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象。(對應(yīng)特性曲線上的點3)e.正向電壓增加到Vv時，n區(qū)導(dǎo)帶底和p區(qū)價帶頂一樣高，如圖(e)，這時p區(qū)價帶和n區(qū)導(dǎo)帶中沒有能量相等的量子態(tài)，因此不能產(chǎn)生隧道穿通，隧道電流應(yīng)該減少到零，(對應(yīng)于特性曲線點4)。但此時還存在一個谷值電流：比正向擴(kuò)散電流大，基本具有隧道電流的性質(zhì)，產(chǎn)生原因：半導(dǎo)體能帶邊緣向下的延伸；以及形成深能級的雜質(zhì)和缺陷。f.正向電壓繼續(xù)增加，P-N結(jié)勢壘高度變得很小，n區(qū)導(dǎo)帶中的電子可以克服勢壘擴(kuò)散到p區(qū)，形成擴(kuò)散電流，并隨電壓增加而快速增大。(對應(yīng)于特性曲線點5)。g.加反向偏壓時，p區(qū)能帶相對與n區(qū)能帶升高，勢壘高度增加，如圖(f)，在結(jié)兩邊能量相同的量子態(tài)范圍內(nèi)，p區(qū)價帶中費米能級以下的量子態(tài)有電子占據(jù)，而n區(qū)導(dǎo)帶中費米能級以上有空的量子態(tài)。則p區(qū)價帶中的電子可以穿過隧道到n區(qū)導(dǎo)帶中，產(chǎn)生反向隧道電流。(對應(yīng)特性曲線點6)，隨反向電壓增加，p區(qū)價帶中穿過隧道的電子數(shù)增加，則反向電流迅速增加。

所以，隧道結(jié)是利用多子隧道效應(yīng)工作的。由于單位時間內(nèi)通過P-N結(jié)的多子數(shù)目起伏很小，所以隧道二極管的噪聲很低；