Татарин> Не понял... а у кого её - пороговой - нет?
Пороговая, конечно, есть у всех
Татарин> И ясное дело, что эта энергия будет выше чистой работы выхода: неизбежная термализация электрона по пути наружу, компенсация перераспределения поверхностных зарядов и т.п.
Э, нет. В металлах пороговая, насколько я помню, строго равна работе выхода. А в полупроводниках набегают дополнительные затраты. Хотя к обсуждаемой теме это особого отношения не имеет, это я так, для примера. Что с прямым фотоэффектом в полупроводниках дела обстоят хуже, чем в металлах.
Татарин> Логика очень проста: распределение Ферми при этих температурах даёт лишь ничтожный хвостик над уровнем выхода. Но если мы будем перекидывать электроны светом достаточно интенсивно и этот процесс будет идти со скоростью, сравнимой с рекомбинацией, мы получим неравновесное, не-Ферми распределение: как будто "поднимем" распределение на высоту принятых фотонов.
Эта мысль ясна. Но тут есть две вещи, которые меня смущают.
Первое: конечно, такой механизм возможен. Более того, насколько я помню, сечение столкновения с фотоном обычно растёт для более высоких орбиталей, так что при достаточной плотности электронов проводимости в полупроводнике они будут эффективно "отбирать" столкновения от электронов валентной зоны. Распределение будет становиться неравновесным, да.
Но: для этого нужна большая плотность свободных электронов. Около 1E-2 вроде бы. А этот механизм будет их греть. Без кавычек, потому что электронам высоко над запрещённой зоной отдать свою энергию в нагрев решётки — проще простого. Субнаносекундно.
И вот выходит такое дело: при этой плотности свободных электронов будут не только электроны термализоваться с кристаллической решёткой, но и решётка будет термализоваться с электронами. С этими самыми единицами электронвольт. Этого ни одно вещество не выдержит.
То есть, либо у нас мало свободных электронов, и этот механизм не работает, либо их много, и этот механизм работает ... но только термофотокатод плавится и кипит.
Либо энергия его нагрева куда-то очень хорошо отводится, и это единственный возможный вариант. В этой схеме термофотокатод не может находиться в тепловом равновесии со своими собственными электронами!!!
Второе, более грубое: А на хрена? Ну есть у нас в 10нм от поверхности полупроводника электрон с энергией 6 эВ. А толку? Он всё равно связан, находится в зоне проводимости, и может только скакать от атома к атому. Чтобы излучиться в вакуум, ему надо сначала проползти до поверхности полупроводника (примерно 80 атомных слоёв в данном случае), и вот только тогда он сможет выпрыгнуть наружу. Если не остынет по дороге, что наиболее вероятно. С таким количеством атомов быть связанным механически - это не шутка. Пусть даже и по очереди. Энергия хочет уравняться в
КАЖДОМ из взаимодействий.
То есть, имеет смысл греть электроны только в самом тонком приповерхностном слое. Тогда и нагрев решётки будет не страшен (избыточное тепло будет легко уходить в основной объём вещества, практически со скоростью звука), и шанс вылететь у нагретых электронов будет очень хороший.
Но как?
Татарин> Там есть картинка, которая всё объясняет наглядно:
Да видел я её. И вот для меня — с наглядностью проблемы. То есть, я там вижу энергетические уровни нейтрального полупроводника, соединённого с вакуумным диодом. И пресловутый хвост распределения Ф-Д. Но вот как это всё должно вместе сосуществовать в физической конструкции с КПД 30% — не вижу.
Татарин> Кстати, что-то мне думается, что эффективность работы этой фиговины должна серьёзно зависеть от плотности света. Сильнее, чем у СБ, гораздо сильнее.
Ну, если описание работы хоть сколько-то соответствует реальности, то на начальном участке должна быть экспонента. Речь же идёт о пропихивании электронного газа через потенциальный барьер. Внешним усилием. А это — в 99% случаев экспонента
Татарин> Кремний - непрямозонный ПП.
Упс ... а вот про это-то я и забыл. Да, поглощение от этого уменьшается. А у них прямозонный.
Татарин> Насчёт микронной толщины для поглощения солнечного света кремнием - сильно сомневаюсь, до 3эВ он (без принятия особых мер) поглощает довольно плохо, НЯП, там по порядку должны быть десятки мкм. Сотни нм - это скорее для арсенида галлия.
Тем не менее, мне помнятся именно такие величины. Попробую на этой неделе добраться до знакомых, занимающихся фотоприёмниками. В моих книжках этих параметров нет
AXT>> До поверхности доберётся мизерный процент.
Татарин> Почему же? Если у него несколько эВ над дном зоны, то у него будет дофигища времени...
Сейчас по-быстрому пролистал букварь — пишут, что среднее время термализации для электрона с 1эВ над основным проводящим уровнем — это примерно 50пс. А пробег за это время составит порядка единиц микрон
вдоль траектории. То есть,в отсутствие внешнего поля это будут десятки — первые сотни нм геометрически. Он же хаотически шатается.
В обсуждаемом варианте электроны должны быть погорячей, больше время термализации, но и беречь такую энергию надо сильнее. То есть, я бы сказал, что толщина этого поверхностного накопителя — должна быть десятки нанометров. Чтоб все горячие электроны имели хороший шанс оказаться на поверхности. Иначе плакал КПД в 30%.
AXT>> Термоэмиссионный ли он на самом деле? Вообще?
Татарин> Он - фототермоэмиссионный.
Шутку понял. Смешно