Generarea și recombinarea purtătorilor de sarcină
Generarea de purtători de sarcină (formarea de electroni liberi și găuri) are loc atunci când sunt expuse la impactul termic al rețelei cristaline aleatorii (generare de căldură), atunci când semiconductor expus absorbit cuante de lumină (generator de lumină) și alți factori de energie. Deoarece semiconductorul este întotdeauna sub influența tuturor acestor factori, sau cel puțin unul (T ¹ 0), generarea de transport are loc în mod continuu.
Concomitent cu generația în semiconductor are loc un proces invers - recombinarea purtătorilor de sarcină (revenirea unui electron din banda de conducție la banda de valență și dispariția perechii de purtători). Starea de echilibru termodinamic a generării și recombinarea taxa-stat sunt echilibrate reciproc. In semiconductor sushchest-există o concentrație n0 echilibru de electroni și găuri P0 concentrației de echilibru. Atunci când sunt expuse la un semiconductor extern nonthermal termică Factor de energie (lumină, câmp electric puternic, etc). Xia genera noi purtători de sarcină se produce în exces (neechilibru) Concentra radio # 8710; n sau # 8710; p. Astfel:
mecanisme Recombinările pot fi diferite. Interband sau recombinare non-mediocre are loc la trecerea de electroni liberi Rhone din banda de conducție la banda de valență pe unul dintre nivelurile Cally energie liberă dispariție pereche purtători de sarcină corespunzătoare. Cu toate acestea, un astfel de proces este improbabil deoarece electronul liber și gaura trebuie să fie simultan într-unul și același loc de cristal. In plus recombinarea electron și gaura în acest caz este posibil doar la impulsuri egale dar opuse de un electron și o gaură.
Recombinarea care implică capcane de recombinare (o probabilitate-on) are loc în două etape.
În prima etapă, capcana de recombinare (sau capcane de nivel energetic recombinare) captează, de exemplu, un electron din banda de conducție. Astfel, conductivitatea electronilor este în afara zonei. În această stare, capcana va fi atâta timp cât nu se potrivește gaura, sau cu alte cuvinte, în timp ce în această locație nu vor apărea cristal nivelul de energie liberă a benzii de valență. În aceste condiții, a doua etapă este realizată de recombinare - un electron va merge la nivelul liber banda de valență.
Procedeul în două etape de recombinare este mai probabil, deoarece nu necesită prezența simultană într-un anumit loc al electronului și cristalul gaura.
Fig. 3.4.1 Mecanisme de regenerare schematic și re-combinația de electroni și goluri.
Capcane rol de recombinare pot efectua atomi sau ioni de impuritate, diferite incluziuni în cristal noduri goale de cristal-zăbrele-hidraulice și alte imperfecțiuni volum sau suprafață.
Datorită faptului că pe suprafața defectelor de cristal enumerate în mod semnificativ mai mult decât în cea mai mare parte, de recombinare la suprafață trebuie să meargă mult mai intensă. El este considerat și evaluate separat, de obicei, având în vedere recombinare tipul de suprafață de recombinare care implică capcane de recombinare.
În funcție de modul în care energia consumată eliberată în recombinarea electroni și găuri, recombinare pot fi împărțite în două tipuri.
· Radiative de recombinare este numit recombinare, în care energia eliberată în tranziția de un electron la un nivel mai mic de energie este emisă ca cuantice de lumină (fotoni).
· Dacă non-radiativă (fononi) recombinarea a excesului de energie a electronului este transferată în rețeaua cristalină a semiconductorului, adică energia în exces duce la formarea de fononilor - cuantele de energie termică.
Rata de generare a purtătoarei Vgen (ca rată de recombinare Vrek) determinată de proprietățile semiconductoare și temperatura acestuia. Rata de recombinare în plus, proporțională cu concentrația de electroni și goluri, deoarece este mai mare numărul de purtători, este mai probabil ca recombinarea lor finală întâlnire. Având în vedere că echilibrul dinamic trebuie să existe într-o stare de echilibru, obținem:
în care r - factor proprietăți ale semiconductorului determinat.
Această condiție este numită condiția echilibrul concentrației de purtători în semiconductoare intrinseci. În absența unui câmp electric extern, electronii si golurile deplasate aleator în cristal. În acest caz, curentul din semiconductor are loc.