purtători de neechilibru - 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. Astfel, depășirea benzii de electroni, de obicei, se produce din cauza energiei termice a grilajului. Concentrarea suportului încărcăturii cauzată de excitație termică în stare de echilibru termic se numește echilibrul.

Cu toate acestea, pe lângă aspectul de excitație termică a 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. Purtătorilor de sarcină, astfel în exces în creștere sunt numite neechilibru. Astfel, concentrația totală de purtători de sarcină este:

unde n0 și p0 - concentrația de echilibru și # 916; n și # 916; p - o densitate de non-echilibru de electroni și goluri. 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 excitație de electroni din banda de valență sau nivelul de impuritate, însoțită de apariția unei găuri, numit o generație de purtători de sarcină.

In figura 1.9 G - este rata de generare și R - rata de recombinare a purtătorilor de sarcină liberi în semiconductorul intrinsec.

Fig. 1.9. 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 # 947; - coeficientul de recombinare. În absența luminii (în întuneric) G = G0 și. Valoarea N0 și P0 este uneori numit densitate întunecată de electroni liberi și, respectiv, găuri. Formulele (1.30) și (1.14) obținem:

De exemplu, în cazul în care = CE - EV - bandgap. Astfel, G0 este 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:

unde # 916; G, # 916; R - rata de generare și recombinare a electronilor de neechilibru numai, adică # 916; G - este rata de generare de electroni și goluri datorate iluminatului semiconductoare, și. Folosind (1.31), (1.32) și (1.34), ecuația (1.36) 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 timp). Soluția generală a ecuației (1.38) este destul de complicată. Prin urmare, considerăm două cazuri speciale.

Într-un semiconductor intrinsec în lumină puternică. De la (1.38) obținem:

unde # 916; n0 - concentrația inițială de purtători de sarcină neechilibru. concentrare, declinul este parabolic.

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

în cazul în care notația:

Ecuația (1.40) poate fi ușor rezolvate:

valoare # 964; este timpul mediu de electroni în banda de conducție. Soluțiile rezultate sunt ilustrate în Figura 1.10. Din (1.42) 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.

In concluzie, purtătorii de sarcină de neechilibru apar numai în cazul în care energia fotonilor în semiconductor este aprins decât lățimea benzii interzise (h # 957;> Eg).

Fig. 1.10. Recesiunea concentrație de electroni neechilibru în timp în semiconductor donor