Генериране и рекомбинация в полупроводници и диелектрици - studopediya
Образуването на свободни носители такса в полупроводници, свързани с прехода на електроните от валентната зона на проводимата зона. За да осъществи такъв преход на електрони трябва да получи достатъчно енергия, за да се преодолее пропастта. Тази енергия електрони получава от решетъчни йони извършват термични вибрации. Концентрацията на зареждащия носач, причинени от термично възбуждане в състояние на термично равновесие се нарича равновесие.
Въпреки това, освен термично възбуждане, появата на свободни носители зареждане може да се дължи на различни причини, например чрез облъчване с фотони или частици на йонизация висока енергия на удара, въвеждането на носители на заряд в полупроводника от друг орган (инжекция), и др., Възникнали по този начин излишък носители зареждане Те призоваха извън равновесие. Метод на приложение на носители не-равновесни зареждане се наричат инжектиране. По този начин, общата концентрация на носители на заряд е:
където n0 и p0 - равновесната концентрация, и
Данаил и Dp - nonequilibrium електрони и дупки концентрации.
Ако възбуждане излишните електрони произведени от валентната зона и хомогенна полупроводници и включва без заплащане пространство, концентрацията на свободни електрони равна на концентрацията на излишните отвори:
При прекратяване на механизма, които предизвикват появата на концентрация неравновесен носител, има постепенно връщане към равновесие. Процесът на установяване на равновесие е, че всеки излишък на електрони при среща с освободи място (отвор) е необходимо, в резултат на чифт неравновесен носители изчезват. Феноменът на изчезването на двойка носители е наречен рекомбинация. От своя страна, възбуждане електрон от валентната зона или на нивото на примеси, придружен от външния вид на една дупка, наречена поколение на носители на заряд.
Фиг. 6.3 g - е скоростта на производство, и R - скоростта на рекомбинация на свободните носители зареждане в присъщата полупроводника.
Фигура 6.3. Генериране и рекомбинация на свободни електрони и дупки в полупроводници
Скорост (темпо) на рекомбинация R е пропорционална на концентрацията на свободните носители зареждане:
където г - коефициент рекомбинация.
При отсъствие на светлина (на тъмно) G = G0 и R = R0 = # 947; · N0 · p0. стойност n0 и p0 понякога се нарича тъмна плътност на свободни електрони и дупки съответно. От (6.4), като се има предвид масовото закона за действие (виж ур. (5.6)). получаваме:
Така R0 скорост рекомбинация ще бъде по-голяма в полупроводници тясна междина и при високи температури.
Ако един полупроводник е никакъв електрически ток, и такси, космическото пространство, промяната на времето равновесните концентрации на електрони и дупки в областите, определени от уравненията:
Оценка (скорост) поколение и рекомбинация има два компонента:
където ГД. DR - скоростта на генериране и рекомбинация на електрони nonequilibrium само, т.е. ГД - е скоростта на генериране на електрони и дупки се дължи на осветлението на полупроводника ..;
Използване на (6.1), (6.2) и (6.4), уравнение (6.6) могат да бъдат обобщени, както следва:
Разглеждане на процеса на рекомбиниране на носители не-равновесни зареждане (т.е., когато изключване на осветление при време Т = 0). Общият разтвор на уравнение (8) е доста сложно. Ето защо, ние смятаме две специални случаи.
Вътрешният полупроводника под силна светлина, концентрацията на свободни електрони е много по-голям от сумата на равновесните концентрации на електрони и дупки # 916; п >> n0 + p0. От (6.8) получаваме:
където Dn0 - начална концентрация на носители на заряд не-равновесни.
концентрация, спадът е хиперболично.
полупроводника на донор в случай на пълно йонизация на донорите n0 = ND. p0< Предвид на критерия за инжектиране уравнение ниско ниво (6.9) намалява до формата: където # 964; N - живота на носителя на малцинство, който е както следва: Уравнение (10) е лесно решен: Големината на средното време TN има смисъл живота на nonequilibrium електроните в проводимата зона. Получените разтвори съответстват на кривата, показана на Фиг. 6.4. Формула (6.12) показва, че процесът на рекомбинация е описан от експоненциална зависимост от времето, средната живот представлява сегмент от време, през което излишните промени концентрация носител в "Е" времена.