由於光生非平衡載流子擴散速度的差異，直接引起了光照方向的電場和電位差，這種效應於1919年被觀測到，1931年由丹倍闡明，被稱為丹倍效應。丹倍電位差較小，易被其它光生伏特效應掩蓋。
基本介紹
- 中文名：丹倍效應
- 外文名：Dembet effect
- 發現人：丹倍
- 發現時間：1931年
- 含義：擴散速度差異引起的電場和電位差
簡介,丹倍電壓的計算,丹倍效應的套用,
簡介
如下圖所示，用光照射厚度為d的半導體樣品表面。假設吸收係數很大，光的穿透深度遠小於樣品厚度，則光在表面薄層內被吸收，產生電子-空穴對（Δn=Δp）。濃度梯度的存在，導致電子和空穴都沿x方向擴散，而它們引起的擴散電流方向相反。由於Dn>Dp，電子擴散的快。總的擴散電流沿負z方向。在開路情況下。這將引起電荷積累，使樣品的光照面帶正電。形成沿z方向的電場。這個電場引起的漂移電流與擴散電流的方向相反。這說明，在光照後。很快就會達到穩定態。在各處形成的電場所引起的漂移電流恰好和擴散電流相抵消。由於光激發非平衡載流子的擴散，在光照面和背面之間產生的電勢差，稱為丹倍電勢差，有時也稱為光擴散電勢差。這個效應稱為丹倍效應（Dember effect）。
丹倍效應示意圖丹倍電壓的計算
丹倍效應裝置的示意圖見下圖。光電導材料的兩邊各設定一個電極，左邊的電極是透明的，使由左方來的光能夠射入光電導體。
丹倍效應示意圖首先假定，光生載流子的濃度在整個樣品中都很高，足以保證出現“雙極性”電子一空穴流，而且熱釋載流子濃度和光生載流子濃度相比是很小的，即無光照時可把材料看成絕緣體。因此可以認為，在x方向的任一位置上，n和p相等（n、p為電子和空穴的密度），而且dn/dx和dp/dx也相等。使載流子保持在一起的丹倍電場即內建電場為：
式中，Dn、Dp分別表示電子和空穴的擴散係數,k為玻耳茲曼常數，T為絕對溫度，q為電子所帶電荷。
進一步假定入射光的穿透深度很淺，激發僅發生在透明電極附近的表面。則：
由此關係可把丹倍場強寫成:
因此丹倍電壓：
由此可見，絕緣光電導體受強光照射時，丹倍電壓與載流子的濃度無關，因而與光照強度無關。這個光生電動勢的符號依賴於擴散係數之差，因此從這個電動勢的正負性可直接指出哪種載流子的擴散係數大些。若Dn和Dp的數值已在其他測量中得到，並用此法測得在強光照下的丹倍電壓VD，利用上式就能得到雙極性擴散長度La。
丹倍電壓很難準確測量，一般只用於定性研究。這是因為電子一空穴對只激發產生在光照表面附近，此層記憶體在著一定量的空間電荷，它能對測量值VD產生相當嚴重的干擾。此外，在表面層記憶體在的邊界勢壘，也能產生光生電動勢。要消除這些影響幾乎是不可能的。
丹倍效應的套用
當光均勻照射在表面，光生電位差出現在光照面與對面之間，若光不均勻照射，如一個光點照射在樣品表面上，光生載流子向光點周圍擴散，在光點側向也會產生丹倍電位差。
如下圖，A、B是兩個電接點，當細光束正好落在樣品正中0點，則A、B間電位差為零；若光束偏離正中0點距離x，則會出現一個電位差VAB。VAB可正亦可負，取決於光束相對0點向哪一邊偏離。在樣品厚度d和A、B距離及光強一定時，A、B間的丹倍電勢差是x的函式VAB（x）。依上圖，如果在y方向也引出兩個電接點C、D，則可以測得一個電位差VCD（y），它是坐標y的函式。通過測定這兩個電位差，便可確定光點的位置，因此利用側向丹倍效應可以製作成很有用的二維定位器件。
丹倍效應的套用