4 Mecanismos Físicos: Absorción, fotoconductividad, emisión de fotones
4.1 Absorción de Luz

Cuando la luz se propaga a través de un material hay una conversión de una parte de la energía de los fotones a otras formas de energía (por ejemplo calor). Esta energía perdida es absorbida por el material. Los electrones de los átomos se pueden mover a los estados de mayor energía y pasar de la VB (banda de valencia) a la CB (banda de conducción) por la absorción de la energía de los fotones. Este mecanismo crea pares e - h + (electrón-hueco).

El proceso más importante de la absorción de la luz en un semiconductor es la creación de esos pares e - h +. Cada fotón absorbido causa una transición desde la banda de valencia a la banda de conducción. Un fotón es absorbido por un semiconductor si la energía del fotón es mayor que la banda prohibida del material.

La banda prohibida o gap, Eg, generalmente se refiere a la diferencia de energía, en eV (electrón-voltios) entre la parte superior de la VB y el fondo de la CB en aislantes y semiconductores. La afinidad electrónica de un semiconductor, χ, es la anchura de la CB en eV. La energía de Fermi, EF, indica los más altos estados de energía ocupados a 0 K. Los estados de energía por encima de EF están vacíos hasta el nivel de vacío.

Eg = Ec – Ev

donde Ec y Ev son los niveles de energía correspondientes a la parte superior de la VB y a la parte inferior de la CB. La Fig. 6 muestra el mecanismo de absorción y el diagrama de bandas de energía.

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Fig. 6. Mecanismo de absorción y diagrama de bandas de energía.
Propiedades típicas de algunos semiconductores a T = 300 K

Semiconductor

Eg (eV)

χ(eV)

Silicio : Si

1.11

4.05

Arseniuro de Galio :GaAs

1.42

4.07

Germanio: Ge

0.66

4.13

Fosfuro de Indio : InP

1.35

4.5

Fosfuro de Galio : GaP

2.26

3.8

Para cada longitud de onda, λ, del haz incidente de la luz, Io, que pasa a través del material, la intensidad del haz de luz, I, es atenuada por la dispersión y los mecanismos de absorción. La ley de Lambert define la transmisión y la absorción de la siguiente forma:

I = Io·eαL

donde α es el coeficiente de absorción; α (m-1) que es función de λ.