Dember-Effekt

Der Dember-Effekt, auch Foto-Dember-Effekt oder Kristallfotoeffekt genannt, ist nach dem Physiker Harry Dember (1882–1943) benannt. Er beschreibt die Entstehung einer elektrischen Spannung bei der Einstrahlung von Licht auf einen Halbleiter.

Beschreibung

Dember-Effekt

Physikalisch beruht der Dember-Effekt auf folgender Ursache: Beim Einstrahlen von Licht genügend großer Energie (bzw. genügend kurzer Wellenlänge) auf den Halbleiter werden Elektronen vom Valenzband über die Bandlücke des Halbleiters angehoben (photoelektrischer Effekt). Es entstehen sogenannte Elektron-Loch-Paare (Löcher sind fehlende Elektronen im Valenzband des Halbleiters). Da das Licht im Halbleiter absorbiert wird, ist die Dichte der Elektron-Loch-Paare an der Oberfläche am höchsten und nimmt in den Halbleiter ab. Diese räumliche Abnahme der Elektron-Loch-Paare folgt einem exponentiellen Abfall, dem Lambert-Beersches Gesetz. Der Gradient der Elektron-Loch-Paare führt zu einem Diffusionsstrom in den Halbleiter. Nun sind Elektronen und Löcher verschieden schwer, sie besitzen unterschiedliche effektive Massen. In der Regel sind die effektiven Massen der Elektronen kleiner als die der Löcher, weshalb Elektronen schneller in den Halbleiter diffundieren. Dadurch setzt eine räumliche Trennung von Elektronen und Löchern ein. Diese räumliche Trennung von Elektronen (negativen Ladungen) und Löchern (positive Ladungen) erzeugt eine elektrische Spannung.

Anwendung

Der Dember-Effekt besitzt auch Relevanz bei der Erzeugung von Terahertzstrahlung aus Halbleitern. Trifft ein kurzer Lichtpuls auf einen Halbleiter, so baut sich die elektrische Spannung durch den Dember-Effekt auf. Wenn der Lichtpuls von einem Femtosekundenlaser erzeugt wird, so erfolgt der Aufbau der Spannung innerhalb von weniger als einer Pikosekunde. Durch diesen Prozess wird elektromagnetische Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich abgestrahlt, die erstmals von Thomas Dekorsy beobachtet wurde.[1][2]

Siehe auch

Photoelektromagnetischer Effekt

Literatur

Harry Dember: Über eine photoelektronische Kraft in Kupferoxydul-Kristallen. In: Physikalische Zeitschrift. Band 32, 1931, S. 554.
Harry Dember: Über die Vorwärtsbewegung von Elektronen durch Licht. In: Physikalische Zeitschrift. Band 33, 1931, S. 207.
Peter Würfel: Physik der Solarzellen. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 2000, ISBN 3-8274-0598-X, S. 116 ff.
Maja Krčmar, Wayne M. Saslow: Exact surface solutions for semiconductors: The Dember effect and partial currents. In: Physical Review B. Band 65, Nr. 23, 2002, S. 233313, doi:10.1103/PhysRevB.65.233313.

Einzelnachweise

Thomas Dekorsy, T. Pfeifer, W. Kütt, H. Kurz: Subpicosecond carrier transport in GaAs surface-space-charge fields. In: Physical Review B. Band 47, Nr. 7, 1993, S. 3842–3849, doi:10.1103/PhysRevB.47.3842.
Thomas Dekorsy, H. Auer, H. J. Bakker, H. G. Roskos, H. Kurz: THz electromagnetic emission by coherent infrared-active phonons. In: Physical Review B. Band 53, Nr. 7, 1996, S. 4005–4014, doi:10.1103/PhysRevB.53.4005.

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[1] Thomas Dekorsy, T. Pfeifer, W. Kütt, H. Kurz: Subpicosecond carrier transport in GaAs surface-space-charge fields. In: Physical Review B. Band 47, Nr. 7, 1993, S. 3842–3849, doi:10.1103/PhysRevB.47.3842.

[2] Thomas Dekorsy, H. Auer, H. J. Bakker, H. G. Roskos, H. Kurz: THz electromagnetic emission by coherent infrared-active phonons. In: Physical Review B. Band 53, Nr. 7, 1996, S. 4005–4014, doi:10.1103/PhysRevB.53.4005.