Фотоерс, електрорушійна сила, що виникає в напівпровіднику при поглинанні в нім електромагнітного випромінювання (фотонів). Поява Ф. (фотовольтаїчний ефект) обумовлено просторовим розділенням носіїв заряду, що генеруються випромінюванням (фотоносіїв). Розділення фотоносіїв відбувається в процесі їх дифузії і дрейфу в електричному і магнітному полях із-за нерівномірної генерації, неоднорідності кристала, дії зовнішнього магнітного поля, одноосного стискування і ін.
Об'ємна Ф. у однорідному напівпровіднику, обумовлена неоднаковою генерацією в нім фотоносіїв, називається дифузійною, або фотоерс Дембера. При нерівномірному освітленні напівпровідника або опроміненні його випромінюванням, що сильно поглинається (і швидко затухаючим в глибині кристала), концентрація фотоносіїв велика поблизу опромінюваної грані і мала або дорівнює нулю в затемнених ділянках. Фотоносії дифундують від опромінюваної грані в область, де їх концентрація менша, і якщо рухливості електронів провідності і дірок неоднакові, в об'ємі напівпровідника виникає просторовий заряд, а між освітленою і затемненою ділянками – фотоерс Дембера. Величина цієї Ф. між двома точками напівпровідника 1 і 2 може бути обчислена за формулою:
,
де до – Больцмана постійна, е – заряд електрона, Т – температура, m е і m д – рухливості електронів і дірок, s 1 і s 2 – електропровідність в точках 1 і 2. Фотоерс Дембера при даній інтенсивності освітлення тим більше, чим більше різниця подвіжностей електронів і дірок і чим менше електропровідність напівпровідника в темноті. Випромінювання, що генерує в напівпровіднику лише основні носії заряду, не створює фотоерс Дембера, оскільки в цьому випадку едс(електрорушійна сила) в об'ємі компенсується рівною їй по величині і протилежною по знаку едс(електрорушійна сила), такою, що утворюється на контакті напівпровідника з електродом. Фотоерс Дембера в звичайних напівпровідниках мала і практичного вживання не має.
Вентильна (бар'єрна) Ф. виникає в неоднорідних по хімічному складу або неоднорідний легованих домішками напівпровідниках, а також на контакті напівпровідника з металом. В області неоднорідності в напівпровіднику існує внутрішнє електричне поле, яке прискорює ті, що генеруються випромінюванням неосновні і уповільнює основні нерівноважні носії заряду. В результаті фотоносії різних знаків просторово розділяються. Розділення електронів і дірок внутрішнім полем ефективно, коли неоднорідність не дуже плавна, так що на довжині порядку дифузійної довжини неосновних носіїв заряду різниця хімічних потенціалів перевищує kt/e (при кімнатній температурі kt/e = 0,025 ев ) . Вентильна Ф. може виникати в напівпровіднику під дією світла, що генерує і електрони, і дірки або хоч би тільки неосновні носії. Для практичних вживань особливо важлива вентильна Ф., що виникає в електронно-дірковому переході або напівпровідниковому гетероперехіді . Вона використовується у фотоелектронних приладах (фотовольтаїчних елементах, сонячних елементах). По величині вентильної Ф. також виявляють слабкі неоднорідності в напівпровідникових матеріалах .
Ф. може виникати також в однорідному напівпровіднику при одночасному одноосному стискуванні і освітленні (фотоп'єзоелектричний ефект). Вона з'являється на гранях, перпендикулярних напряму стискування, її величина і знак залежать від напряму стискування і освітлення відносно кристалографічних осей. Ф. пропорційна тиску і інтенсивності випромінювання. В цьому випадку Ф. обумовлена анізотропією коефіцієнтом дифузії фотоносіїв, викликаною одноосною деформацією кристала. При неоднорідному стискуванні і одночасному освітленні напівпровідника Ф. може бути обумовлена неоднаковою в різних частинах кристала зміною ширини забороненої зони під дією тиску (тензорезістівний ефект ) .
В напівпровіднику, поміщеному в магнітне поле і освітленому світлом, що сильно поглинається, так, що градієнт концентрації фотоносіїв (і їх дифузійний потік) виникає в напрямі, перпендикулярному магнітному полю, електрони і дірки розділяються унаслідок їх відхилення магнітним полем в протилежних напрямах (див. Кикоїна – Носькова ефект ) .
Сов. фізик Б. І. Давидов (1937) встановив, що Ф. може виникати і при генерації лише основних носіїв заряду (або при поглинанні електронами провідності випромінювання), якщо енергія фотоносіїв помітно відрізняється від енергії ін. носіїв заряду. Зазвичай така Ф. виникає в чистих напівпровідниках з високою рухливістю електронів при дуже низьких температурах. Ф. в цьому випадку обумовлена залежністю рухливості і коефіцієнта дифузії електронів від їх енергії. Ф. цього типа має помітну величину в Insb n -тіпа, охолодженому до температури рідкого гелію.
При поглинанні випромінювання вільними носіями заряду в напівпровіднику разом з енергією фотонів поглинається їх імпульс. В результаті електрони набувають направленого руху відносно кристалічної решітки і на гранях кристала, перпендикулярних потоку випромінювання, з'являється Ф. світлового тиску. Вона мала, але в той же час дуже мала і її інерційність (порядку 10 -11 сік ) . Ф. світлового тиску використовується в швидкодіючих приймачах випромінювань, призначених для виміру потужності і форми імпульсів випромінювання лазерів .
Літ.: Рибкин С. М., Фотоелектричні явища в напівпровідниках, М., 1963; Тауц Ян, Фото- і термоелектричні явища в напівпровідниках, пер.(переведення) з чеш.(чеський), М., 1962; Фотопровідність. Сб. ст., М., 1967.
