Лабораторна работа №7
Определяне дължината на дифузия и живота на nonequilibrium носители в метод германий на преместване на светлина сондата.
1. разпространението и дрейфа на електрони и дупки
В полупроводници, едновременно с процеса на термично възбуждане на електрони, в резултат на прехвърлянето на електрони в групата на проводимост, рекомбинация възниква - връщането им валентната зона. състояние на равновесие при дадена температура се провежда в случаите, когато производството на равен скорост и рекомбинацията на носители.
Следователно, всяка температура в полупроводника съответства на определен равновесие концентрация на електрони и дупки.
Под влиянието на светлина или друг радиация, както и по време на инжектирането на носители от контакта на ректификационна в насипно състояние полупроводникови електрони и дупки са повишени концентрации в сравнение с техните равновесни стойности. Причинени т.нар извън равновесие (излишък) носители са неравномерно разпределени в по-голямата част на полупроводника, което ги кара да дифузия, поради градиента на концентрация.
Когато външно електрично поле превозвачите участват освен в посоката на движение, което се нарича движение дрейф.
При проектирането и производството на полупроводникови устройства са важни параметри като неравновесен заряд носител дължина дифузия LD и ---------------------------- живот на # 964;. По този начин, транзистори, произведени от материал с голяма дължина дифузия, имат по-голяма текущата печалба. Големината на дължината на дифузия зависи от перфектни кристали и конструкцията на устройството и повърхност естеството на обработката на полупроводници. Един от методите за определяне на дължината на дифузия на малцинствата превозвачи и nonequilibrium и живота на фотоелектричния, който се използва в тази работа.
Методът се състои в пробата полупроводниковата се осветява по различно разстояние от колектора. Колекторът събира светлина, генерирана от носители на заряд не-равновесни. Стойността на дължината на дифузия и живота се определя от зависимостта на сигнала на колектора на разстоянието на светлина сондата.
Има два случая, дифузионни и плаващите на nonequilibrium носители: униполярни, когато излишък носители на същия знак като равновесието, и биполярно когато равновесие и nonequilibrium носители на обратен знак (например инжектиране на отвори в п-тип полупроводникови).
В първия случай, разпространението на nonequilibrium превозвачи в тъмното региона води до нарушаване на принципа на неутралност и появата на таксата за пространство и областта. Това поле е насочен така, че дифузията и предотвратява по-нататъшно увеличаване на отклонението от неутралност. В резултат на това неутралитет е нарушен само в малък район, определен ---------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------- контролиран дължина скрининг - Le. същата тази малка площ се простира дифузия (за Ge и Si скрининг радиус 10 -4 - 10 -6 cm). Освен ле - още повече, по-малките проводимостта на пробата.
Във втория случай, т.е. в присъствието на превозвачите на двете марки, милионмарки носител дифузия причинява поради "стремеж" движение за неутралност от носители на обратен знак в една и съща посока, за да компенсира таксата за пространство, произтичащи. Например, ако в някои област на електронни полупроводниковата дирижиране прилага по никакъв начин отвора (което в този случай са малцинствени носители), има отклонение от неутралност в тази област са елиминирани поради "прибиране" в тази област носителят мнозинство, т.е. електрони.
При достатъчно висока концентрация на основни носители и тяхното възстановяване преразпределение неутралност ще се случи много лесно и за кратко време. Така дифузията на малцинствените носители е практически трудно че преразпределение възниква като дифузия на незаредени частици.
При подаване на заявление за дърпане поле на малцинствата превозвачи държат характерни; те дрейф в областта като заредени частици, обаче, не създавайте такса пространство в областите, в които те се дължат на бързото разпространение на най-големите превозвачи.
Ако инжектиране се извършва със светлина, двойки електрони дупки генерирани чрез абсорбция на радиация. При липса на залепване обвинения в знак на нивата на концентрация на примеси на свободни електрони и дупки са равни, така че е достатъчно да се каже, на всички концентрации на nonequilibrium превозвачи или електрони или дупки. При прилагане на поле шофиране плаващите или други медии ще се определя от знака на обратната напрежението на колектора. Както следва да се гарантира на всеки раздел на пробата състоянието на неутралност, а именно, таксата за малцинство превозвач винаги се компенсира със съответното преразпределение от най-големите превозвачи, това означава, че навсякъде, където има nonequilibrium малцинствените превозвачи, тя е равна концентрация на nonequilibrium мажоритарните превозвачи.
Разпределението на nonequilibrium носители в отсъствие на поле и в присъствието на полето е показано на фигури 1 и 2.
Да разгледаме въпроса за количествен дифузия и дрейф на малцинствата превозвачи.
В теоретичните изчисления се предположи:
а) по време на носители на заряд за рекомбинация за улавяне (или йонизация) е значително по-малък от средния живот, така че адхезията може да се пренебрегне, т.е. това постоянно (фиксирана) инжекция;
б) рекомбинация на повърхността е незначителна, така че измерената живот се определя чрез рекомбинация в насипно състояние на полупроводници и инжектираните носители движат в отсъствие на поле в радиалните направления (Фигура 3); За тази цел на повърхността на пробата, изложени от внимателни механични и химични обработки;
в) осветената зона и колектора достатъчно отстранява от страничните граници на пробата, така че отражението на носители от границата не нарушава резултатите от измерването. Това състояние е почти изпълнено, ако разстоянието от най-близката граница на пробата към светлина и сондата към колектора на по-малко от 1,5 пъти дължината на дифузия на малцинствените носители;
ж) Сензорът светлина под формата на ивици или точки с рязко определени ръбове трябва да има много малки размери. Ако колектора е твърде близо до светлинния сондата, предположенията, свързани с осветена част на малка ширина не са валидни. За точност на измерването е необходимо минималната стойност на разстоянието между колектора и светлина място е не по-малко от пет пъти ширината на светлина сондата;
където г - скорост поколение носител за единица обем (от светлина, рентгенови лъчи, топлинна йонизация, и др ...);
R - скоростта на рекомбинация на nonequilibrium носители за единица обем;
1 / л хÑ ; 1 / л хÑ - съответно представлява поток от електрони и дупки през повърхностите ограничаващи елемент обем.
Тъй като ние сме заинтересовани в разпространението на излишните превозвачи в тъмната част, а след това ние се г = 0. n0 на плътност носител и p0 ток са склонни да равновесни стойности NP и PN. Ако излишък носители -np n0 и p0 -pn характеризира с насипни стойности на живот # 964; п и # 964 р съответно, тогава скоростта на рекомбинация на електрони въведени в р-тип материал е равна.
и скоростта на рекомбинация на дупки инжектира в полупроводника п-тип ще
Тъй като не-равновесни носители движат под влияние на приложеното поле Е и чрез дифузия (дифузионен поток е пропорционален на градиент на концентрацията на носител), общият ток ще бъде равна на
По този начин, въз основа на (7) следва, че концентрацията на малцинство равновесие носители на заряд намалява с увеличаване на разстоянието експоненциално. стойност л нарича / дълго затягане / превозвачи. Той определя разстоянието, на което концентрацията на nonequilibrium носители заряд намалява с коефициент напр.
Да разгледаме случая ограничаване на разтвора на уравнение (7). Да приемем, че външно електрическо поле в полупроводника не присъства, т.е. Е = 0. В този случай, съгласно (4) S = 0, тогава L = L0. размер L0 е така наречената "дифузия" дължина на носители на заряд.
Това е разстоянието, на което концентрацията на носители на заряд не-равновесни посадъчен само чрез дифузия в отсъствието на външно електрическо поле се намалява с коефициент е в резултат на рекомбинация.
За малки електрически полета във вътрешността на полупроводника, както бе споменато по-горе, можем да предположим, че L = L0. Смятан вижда от начина на определяне на дължината на дифузия превозвачи L0 ток и дълъг живот. За да се определи дали е необходимо да се изследва зависимостта на стр на разстоянието по полупроводника. По значение L0. знае дифузионен коефициент D, с формула (4) може да се намери стойност # 964;.
Един от методите за определяне на концентрацията на превозвачите неравновесни такса се основава на измерване на ток на колектора. В случай на точкови контакти колектора ток, който е под напрежение в посоката на затваряне, е пропорционална на концентрацията на неравновесни носители малцинство зареждане на мястото на контакт.
2. Инсталиране и техника за измерване
В използвания апарат за измерване ZHK78.05 на дифузия тип дължина
диаграма за монтаж е показано на фиг. 4. Пробата е обезпечен в манипулатора, който е една маса с чипа се движат в двете хоризонтални посоки. Надлъжно движение на пробата от мотор. Един мотор революция съответства на 0,1 mm (една четвърт завъртане гребло вал). За да се сонда проба се притиска към неподвижна волфрамов служи като колектор.
Повърхността на пробата се осветява от тесен лъч светлина, идваща от крушката чрез фокусиране оптична система. Тази система дава възможност на осветление определено приближение да се намали проблема до едноизмерен, обсъдени по-горе. За да се отдели част на тока колектор, който се причинява от nonequilibrium превозвачи от постоянен компонент, се използва импулсна светлина. Светлината е прекъсната от въртящ се диск с дупки. светлина прекъсване честота е избрана така, че по времето, когато пробата е тъмно, малцинствените превозвачи са напълно комбинирани отново.
Свързани статии