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