Generarea și recombinarea în semiconductori și dielectrici - studopediya

Formarea de purtatori de sarcina in semiconductori asociate cu trecerea de electroni din banda de valență la banda de conducție. Pentru a pune în aplicare o astfel de electroni de tranziție trebuie să primească suficientă energie pentru a depăși decalajul. Acest electron de energie primeste de ionii zabrele săvârșesc vibratii termice. Concentrarea suportului încărcăturii cauzată de excitație termică în stare de echilibru termic se numește echilibrul.

Cu toate acestea, în afară de excitație termică, apariția de purtatori de sarcina se poate datora altor cauze, de exemplu, prin iradierea cu fotoni sau particule de ionizare mare impact energetic, introducerea purtătorilor de sarcină în semiconductor din celălalt corp (injecție), și altele. Aparuta taxa de transport, astfel, excesul Ei au numit non-echilibru. Procesul de administrare a purtătorilor de sarcină de neechilibru sunt numite injecție. Astfel, concentrația totală de purtători de sarcină este:

unde n0 și p0 - concentrația de echilibru și

Dn și Dp - concentrațiile de electroni și gaura neechilibru.

Dacă electronii în exces de excitație produsă din banda de valență și un semiconductor omogen și cuprinde nici un spațiu de încărcare, concentrația de electroni în exces egal cu concentrația de găuri în exces:

La încetarea mecanismului care a cauzat apariția concentrației purtătoare de non-echilibru, există o revenire treptată la echilibru. Procesul de stabilire de echilibru este că fiecare electron în exces, la o întâlnire cu locul vacant (gaura) ia, rezultând într-o pereche de non-echilibru purtători dispar. Fenomenul dispariției unei perechi de purtători a fost numit recombinare. La rândul său, electronul de excitație din banda de valență sau nivelul de impuritate, însoțită de apariția unei găuri, numit o generație de purtători de sarcină.

Fig. 6,3g - este rata de generare și R - rata de recombinare a purtătorilor de sarcină liberi în semiconductorul intrinsec.

Figura 6.3. Generarea și recombinarea de electroni liberi și găuri în semiconductori

Viteza (tempo) de recombinare R este proporțională cu concentrația de purtători de sarcină gratuite:

unde g - coeficientul de recombinare.

În absența luminii (în întuneric) G = G0 și R = R0 = # 947; · N0 · P0. Valoarea N0 și P0 este uneori numit densitate întunecată de electroni liberi și, respectiv, găuri. De la (6.4), având în vedere legea de acțiune în masă (a se vedea Ec. (5.6)). obținem:

Astfel, viteza de recombinare R0 va fi mai mare în semiconductori îngust gap, și la temperaturi ridicate.

În cazul în care un semiconductor este nici un curent electric, și taxele de spațiu, variația în timp a concentrațiilor de echilibru de electroni și găuri în zonele definite de ecuațiile:

(Rata) de generare și recombinare au două componente:

în cazul în care DG. DR - rata de generare și recombinare a electronilor de neechilibru numai, și anume DG - este rata de generare de electroni și găuri din cauza iluminatului semiconductorului ..;

Utilizarea (6.1), (6.2) și (6.4), ecuația (6.6) pot fi rezumate după cum urmează:

Să considerăm procesul de recombinare a purtătorilor de sarcină de neechilibru (adică atunci când oprirea iluminatului la momentul t = 0). Soluția generală a ecuației (8) este destul de complicată. Prin urmare, considerăm două cazuri speciale.

Semiconductorul intrinsec în lumină puternică, concentrația de electroni în exces este mult mai mare decât suma dintre concentrațiile de echilibru ale electronilor și găuri # 916; n >> + p0 n0. De la (6.8) obținem:

în care Dn0 - concentrația inițială de purtători de sarcină neechilibru.

concentrare, declinul este hiperbolic.

Semiconductorul donor în cazul ionizarii complete a donatorilor n0 = ND. p0<

Având în vedere criteriul ecuației de injecție de nivel scăzut (6.9) se reduce la forma:

unde # 964; n - durata de funcționare a transportatorului minoritar, care este după cum urmează:

Ecuația (10) este ușor de rezolvat:

Magnitudinea timpului mediu tn are sens durata de viata de electroni neechilibru în banda de conducție. Soluțiile rezultate corespund curbei prezentate în Fig. 6.4. Formula (6.12) arată că procesul de recombinare este descrisă de o dependență exponențială la timp, durata medie de viață reprezintă un segment de timp în care excesul modificările concentrației purtătoare în „e“ ori.