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Lexikon der Physik: Photoleitung

Photoleitung, Änderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Festkörpers unter Absorption von elektromagnetischer Strahlung. Der Effekt ist schon sehr lange bekannt und wurde bereits 1875 von W. von Siemens für des Bau des ersten Lichtstärkemeßgerätes genutzt. Er beruht im Prinzip darauf, daß Elektron-Loch-Paare und somit freie Ladungsträger erzeugt werden. Bei kontinuierlicher Bestrahlung stellt sich zwischen Erzeugung und Rekombination ein Gleichgewicht ein, wobei der Einfluß von Störstellen auf die Rekombination von großer Bedeutung ist. Da in einem realistischen Modell im allgemeinen sehr viele Übergangsarten – die selbst stark von der Ladungsträgerkonzentration abhängen können – berücksichtigt werden müssen, erhält man für die Photoleitfähigkeit

meist komplizierte Funktionen. Charakteristisch für die Grundgitterphotoleitung ist eine starke Erhöhung bei Annäherung der Photonenenergie

an die Bandkante, in deren Bereich sich dann das Maximum von

befindet. Bei weiter steigendem

fällt

wieder, da dann auf Grund der steigenden Absorption die Erzeugung nahe der Oberfläche stattfindet, wo schnelle Oberflächenrekombinationsvorgänge die Lebensdauer stark verringern. Weiterhin können noch einzelne Maxima bei kleineren Energien als die der Energielücke auftreten, die durch Aktivierung flacher Störstellen hervorgerufen werden (Störstellenphotoleitung).

Die Abhängigkeit der Photoleitfähigkeit von der Bestrahlungsintensität

zerfällt meist in mehrere Bereiche der Art

. Bei geringem

ist die Ladungsträgerdichte so gering, daß Rekombination fast ausschließlich über die Störstellen erfolgt, was zu einem linearen Ansteigen von

führt. Nach einem unterlinearen Bereich

folgt der Hochanregungsbereich, in dem die direkte Rekombination von Elektron-Loch-Paaren überwiegt, was zu einem wurzelförmigen Ansteigen

führt. Bemerkenswert ist, daß sich zwischen linearem und unterlinearem Bereich auch ein überlinearer Bereich

einfügen kann. Dies tritt dann auf, wenn die Konzentration von Löcherhaftstellen wesentlich größer als die der Rekombinationszentren ist. Dann bleibt zunächst noch die direkte Rekombination gering, während gleichzeitig die Störstellenrekombination gesättigt wird.

Bei Halbleitern, bei denen am

-Punkt Valenzbänder verschiedener Krümmung zusammentreffen, kann die besondere Situation eintreten, daß durch Photonenabsorption ein schweres Loch hoher effektiver Masse und geringer Beweglichkeit einen Übergang zum split-off-Band durchführt. Obwohl die Beweglichkeit eines solchen abgespaltenen Loches im allgemeinen um eine Zehnerpotenz über der eines schweres Loches liegt, bleibt der Beitrag zur Photoleitung in der Regel gering, da die Lebensdauer zu kurz ist ( 1 ps).



Photoleitung 1: Änderung der Photoleitfähigkeit einer GaAs-Schicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts.



Photoleitung 2: Schematische Abhängigkeit der Photoleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Intensität des eingestrahlten Lichtes.

Copyright 1998 Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg

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Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06; Essay Analytische Mechanik)
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Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
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Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
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Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (Essay Molekularstrahlepitaxie)
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Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33; Essay Optische Erscheinungen der Atmosphäre)
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Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Essay Rastersondenmikroskopie)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
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Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Bern [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
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Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
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Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
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Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
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Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
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Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15; Essay Quanteninformatik)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
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Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essay Nanoröhrchen)
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Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
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Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
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Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
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Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
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Dr. Michael Eckert, München [ME] (A) (02)
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Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
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Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburg [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (Essay Sonolumineszenz)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essay Umweltphysik)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
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Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
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