Генериране и рекомбинация на носители на заряд
носители Свободните зареждане в полупроводници са образувани чрез електронен четата от собствените си или примеси атома. Този процес се нарича генерирането на носители и е представена както следва (фиг. 7.1) на енергия диаграмата.
Фиг. 7.1 генериране на носители на заряд в процес на полупроводникови
поколение Carrier може да се получи под влиянието на топлина атома абсорбира електромагнитно лъчение или бързо частици - електрони и йони. Количествено, процесът на производство се характеризира с скорост generatsiiG- брой двойки заредени частици, произведени в единица обем в единица време (обикновено една секунда). Или измерение. скорост поколение може да се представи като сума на вноските на различните източници на физическата природа,
където - скоростта на генериране на топлина - скоростта на генериране на фотони, - скоростта генериране на бързи електрони, - скоростта на генериране на енергични йони.
Частични източници на енергия се определят от външни фактори - температура и фотонни енергии на частици и плътност на техния поток. Най-малко един от източниците - топлинна - е постоянен, но опитът показва, че концентрацията на носител остава постоянна при тези условия. Това показва наличието на обратна на поколение - рекомбинацията на носители на заряд.
Рекомбинацията е изчезването на двойка свободни носители, и образуването на химично свързване между запълнените собствени атоми.
Това може да стане по два механизма.
Безплатни носители - електрони и дупки - в процеса на хаотично топлинно движение могат да се затварят така заедно, че привличането на Кулон, няма да им позволи да си отиде отново, и те ще се слеят, за да образуват неутрален химична връзка. Това се нарича interband рекомбинация. Вероятност interband рекомбинация е по-висока, толкова по-голяма концентрация на електрони, така и дупки. Количествено, тя се характеризира с размер на interband рекомбинация - броят на електрон-дупка двойки рекомбиниращите за единица обем в една секунда. Измерението е същата като тази на скоростта на поколение.
Вторият механизъм за рекомбинация работи чрез посредник - примес атом, различен от добавки. Медиаторът служи като капан - тя улавя среда, свободна от същия тип, което е несъществена в производството на полупроводници, и да го държи за известно време. Примери са атоми на злато, мед, манган, силиций. През времето на задържане да се подходи към основното превозвач капана на обратен знак и се рекомбинират с предварително заловен превозвач. Такава рекомбинация нарича рекомбинация чрез капани. Тя, както можем да видим, се състои от два етапа. скоростта му се определя от скоростта на първо улавяне - тя е по-висока, толкова по-голяма концентрация на малцинствените носители и концентрацията на атомите на капаните. Вторият залавяне е много по-бързо, тъй като концентрацията на мажоритарните превозвачи е много по-голяма концентрация на малцинството. Interband рекомбинация и рекомбинация чрез капани са показани на Фиг. 7.2.
Фиг. 7.2. Две рекомбинация на електрони и дупки механизъм
Тоталният коефициент на рекомбинация е равна на сумата от скоростта на рекомбинация interband през капана и рекомбинацията
В реалния полупроводника, обикновено доминирани от един от термините. В силиций рекомбинация минава вторият механизъм, докато в галиев арсенид - първата. Причината се крие в особеностите на електронната структура на полупроводници, на която силиций и галиев арсенид са от различни видове полупроводници. Тези въпроси са проучени в хода "Физика на твърдото тяло".
В резултат на едновременното настъпване на процеси за производство и рекомбинация в полупроводников монтирана неподвижно, т.е. не в зависимост от времето при постоянни условия на околната среда, концентрацията на електрони и дупки. Помислете за процеса на създаване на стабилно състояние повече и да се въведат най-важните параметри на процеса.
Нека рекомбинация отива само чрез капан. Неговата скорост е пропорционална на честотата на срещите на малцинствата превозвачи (приемаме, че това са електрони) капани, което от своя страна е пропорционална на произведението на електрон концентрация и капани
при което - фактор пропорционалност, наречен коефициент рекомбинация. Нейното измерение. Условието за установяване на степента на стационарни поколение kontsentratsiiyavlyaetsya паритет и рекомбинация
топлинна - - само едно от всички генериращи източници е постоянен. Докато други източници на лесно да се изключват, генериране на топлина спира само при много ниски температури, далеч отвъд практическото значение операционната температура. При умерени температури под влияние на термично движение, стационарна концентрация носител е разположен в полупроводника, които са, от гледна точка на термодинамично равновесие. Всички други източници генерират създаде nonequilibrium превозвачи. равновесната концентрация на носители са идентифицирани и. От (7.5), получаваме
Да предположим, че не са източници на топлина: експлоатирани до момента на създаването на стабилни концентрации nositeleyi, а след това изключите. Концентрациите на електрони и дупки започват да се намали, като се стреми ки. Промяната във времето на концентрациите описан от уравнението
В (7.1.7) означението
Разтворът на уравнение (7.1.7) е тривиално,
Размер има измерение на времето,
.
За концентрация на излишните малцинствени секунди nositeleyumenshaetsya наведнъж, poetomunazyvaetsya електронен живот в тип poluprovodnikep. рекомбинация на носители могат да бъдат еднакво описан като живот и коефициент рекомбинация. Физическият смисъл на последната ще се установи връзката (7.1.8). Ако имаме, тогава ние estkoeffitsient рекомбинация числено равно на обратното на живот на малцинствата превозвачи в полупроводник от една капана на единица обем. От порядъка на жизнения цикъл на превозвач в рекомбинацията чрез капани е.
По същия начин, можем да считаме, кинетиката на рекомбинацията на interband. Нека първоначалното състояние е създадена по същия начин, както в предишния случай. Тогава ние имаме уравнение
От известно време, излишната концентрация носител е много по-голяма от равновесната концентрация, ,, И така уравнението (7.1.10) може да бъде опростено,
Разтворът на уравнение (7.11) има формата
тоест, когато interband рекомбинация на намаляване плътността nonequilibrium носител на първи етап на хиперболичен закона. Когато те са намалени до такава степен, че ако уравнение (7.1.10) може също да бъде опростена,
къде. Решението отново е експоненциално,
и има живот на nonequilibrium превозвачи в рекомбинацията на interband. В порядък в живота на рекомбинацията на interband.
Когато рекомбинация електрон преминава в валентната зона, откъдето идва и енергия варира периодично и. Съдбата на освободената енергия варира в зависимост от рекомбинацията на interband и рекомбинация чрез капани. В първия случай се прехвърля в кристалната решетка във формата на атомните вибрации, и в крайна сметка се превръща в топлинна енергия, кристалът се нагрява леко. Във втория случай, тази енергия се освобождава под формата на квант електромагнитна радиация - един фотон. Photon може да напусне забележимо вероятност кристал, който по този начин се превръща в източник на радиация.
изтегляне на електрони от ковалентна връзка, е придружен от появата на два електрически свързан атомна единица положителен заряд, наречен дупки. и свободен електрон. В действителност, една дупка може да се счита за свободна от движимо елементарен положителен носител заряд, и попълване на дупката от съседните електрони ковалентна връзка може да бъде представен като движещи се дупки. Процесът на образуване на електрон-дупка двойки се наричат генериране на свободни носители зареждане. Едновременно процес носител рекомбинация протича с процеса на производство.
Поради непрекъснатото протичане на процесите на производство и рекомбинация на носители на заряд при дадена температура в полупроводник, състояние на равновесие, в които има свободно концентрация на електрони (п I) и отвори (P I). чист концентрация полупроводникови носител зависи от разликата в групата с повишаване на температурата и увеличаване на приблизително експоненциално. Равни концентрации Ni свободни електрони и дупки Pi показва, че полупроводников има същото електрони и дупки проводимостта и се нарича частен проводим полупроводникови
Рекомбинацията е изчезването на двойка свободни носители, и образуването на химично свързване между запълнените собствени атоми.
Това може да стане по два механизма.
Безплатни носители - електрони и дупки - в процеса на хаотично топлинно движение могат да се затварят така заедно, че привличането на Кулон, няма да им позволи да си отиде отново, и те ще се слеят, за да образуват неутрален химична връзка. Това се нарича interband рекомбинация. Вероятност interband рекомбинация е по-висока, толкова по-голяма концентрация на електрони, така и дупки. Количествено, тя се характеризира с размер на interband рекомбинация - броят на електрон-дупка двойки рекомбиниращите за единица обем в една секунда. Измерението е същата като тази на скоростта на поколение.
Вторият механизъм за рекомбинация работи чрез посредник - примес атом, различен от добавки. Медиаторът служи като капан - тя улавя среда, свободна от същия тип, което е несъществена в производството на полупроводници, и да го държи за известно време. Примери са атоми на злато, мед, манган, силиций. През времето на задържане да се подходи към основното превозвач капана на обратен знак и се рекомбинират с предварително заловен превозвач. Такава рекомбинация нарича рекомбинация чрез капани. Тя, както можем да видим, се състои от два етапа. скоростта му се определя от скоростта на първо улавяне - тя е по-висока, толкова по-голяма концентрация на малцинствените носители и концентрацията на атомите на капаните. Вторият залавяне е много по-бързо, тъй като концентрацията на мажоритарните превозвачи е много по-голяма концентрация на малцинството.
Свързани статии