Nem egyensúlyi állapotban a félvezető
Nem-egyensúlyi állapot, amelyben a koncentráció töltéshordozók eltérnek az egyensúlyi értékek. Ez történik a félvezetők eredményeként különféle külső hatásoknak. így például, a hatás a villamos és elektromágneses mezők, a sugárzás expozíció. A struktúrák valódi eszközöket gyakran talált két tipikus fajta külső hatásoktól. A bevezetése kisebbségi töltéshordozók adalékolt félvezető injekció kapta a nevét (az angol beadni - bevezetni, beadnia). Húzás a kisebbségi töltéshordozók félvezető szennyező hívták extrakcióval (egy angol kivonatot -, hogy húzza ki, kivonat).
Tekintsük az elektron befecskendezése az p-típusú félvezető mintán keresztül a bal szembe megfelelő koordináta (lásd. Ábra. 1.7).
Amikor ez történik, a felesleges a minta (meghaladja az egyensúlyt) az elektronsűrűség n. Az eredmény az lesz a két csoport a fizikai folyamatokat. nagyon különbözik a tehetetlensége, azaz különböző ideig.
Az első csoport a kapcsolódó folyamatok az a tény, hogy a megjelenése felesleges töltés elektronok vezet zavar a villamos feltételek a mintában, és a megjelenése a belső elektromos térerősség vektort E ábrán látható. Ez a mező megfeszíti a többségi töltéshordozók (lyukak) a injekció helyén az elektronok ezáltal a felesleges lyuk koncentrációt (p) és a töltésük kompenzálja gyakorlatilag felesleges töltés injektált elektronok. Ezek a folyamatok vezetnek a helyreállítása az elektromos semlegesség a félvezető, összefoglaló néven a dielektromos relaxáció.
Ábra. 1.7. Annak illusztrálására, a dielektromos relaxációs mechanizmust injekció elektronok.
Meg kell jegyezni, hogy a dielektromos relaxációs ideje nagyon kicsi (k). Az ilyen rövid helyreállítási idő elektroneutralitás mert a koncentrációja lyukak (többségi töltéshordozók) meghaladja több nagyságrenddel felesleges elektron-koncentrációt, és gyűjtsük össze a túlzott koncentrációt az ilyen lyukak nem szükséges húzni őket a mintából mélységet. Elég nekik a hely, ahol a bevezetett elektronok, lyukak csak be kell átfogalmazza, amely nem igényel sok időt. A gyakorlatban az ilyen gyors folyamat, a dielektromos relaxáció jellemzően nem korlátozza a sebességet a készülékek, és feltételezhetjük, hogy .tak Feltételezhető tehát, hogy a bevezetése felesleges elektronok a félvezető minta létre gyakorlatilag azonnal ugyanazon feleslegben lyuk koncentrációt p.
A második csoport a kapcsolódó folyamatok az a tény, hogy a bevezetése a felesleges elektronok növeljék koncentrációja közel a bal oldali képest azok koncentrációja a mélység a minta, ahol a kezdeti időben egyensúlyban marad, így a diffúziós elektronok a mintába. Az elektronok találkozik az úton egy nagy lyukak száma (többségi töltéshordozók) és aktívan rekombinálódhat őket. Mivel rekombinációs felesleges elektron-koncentrációja csökken mozognak a mintába. A tehetetlenség az diffúzió és rekombinációs folyamatok elég nagy, hogy valóban korlátozza a teljesítményt a műszer, és nem lehet figyelmen kívül hagyni.
Általában, az arány, amely elektronokat vezetünk be a félvezető változhat időben, akkor azok túlzott koncentrációja is változik az idő múlásával. Ebben az esetben tudjuk írni a kifejezést az egyensúlyi koncentrációja az elektronok és lyukak
Így a túlzott koncentrációt az elektronok és a lyukak, és ennek megfelelően, azok koncentrációja lehet nem-egyensúlyi helyzet és idő függvények.
Vegyük azt az esetet álló injekciót. azaz helyzet, amelyben az elektronok hozzák be a félvezető állandó sebességgel. Ebben az esetben a többlet elektron sűrűség miatt a koordináta rekombinatsiiumenshaetsya mozognak exponenciálisan
ahol - a felesleges elektron-sűrűség a határ a mintában; - a nevezett paraméterrel diffúziós hossza elektronok.
Megváltoztatása a felesleges elektron sűrűség a koordináta ábrán látható. 1.8. A húzott érintő a grafikon a kezdeti megfelelő pontban. metszi az abszcissza intervallum, amely egyenlő a diffúziós hossz az a távolság. amely csökken edik idő túlzott koncentrációt létrejövő rekombináció következtében az elektronok. Megjegyezzük, hogy a 2. régióban csökken feleslegben koncentrációja szor, 3 - az időben, stb Könnyen belátható, hogy a parttól (3-5) a beadás helyén villamos
Ábra. 1.8. Térbeli eloszlása a felesleges elektron-koncentráció.
az új túlzott koncentrációt csökkentjük közel nulla, és a félvezető marad egyensúlyi.
Tekintsük a helyzetet, amelyben egy bizonyos idő t = eiektroninjektáló megáll. Ebben az esetben, azok túlzott koncentráció bármely keresztmetszetének időben csökken létrejövő rekombináció következtében exponenciálisan
ahol - - a túlzott koncentrációt elektronok idején megszűnése az injekció; - a nevezett paraméterrel élettartama a felesleges elektronokat.
Megváltoztatása felesleges elektron-koncentráció idő ábrán látható. 1.9. Az élettartam az az idő intervallum. amelynek során a felesleges elektron-koncentráció csökkenésével létrejövő rekombináció e. Használata érvek hasonlóak a fent megadott a diffúziós hossz, láthatjuk, hogy az idő múlásával (3-5) a megszüntetése az injekció a felesleges elektron-koncentráció csökken közel nulla, és a félvezető visszakerül egy egyensúlyi állapotot.
Ábra. 1.9. A időfüggését a felesleges elektron-koncentráció.
Fizikailag, az élettartam az átlagos idő, hogy a felesleges hordozók létezhetnek szabad állapotban. azaz közötti időintervallumot előfordulása részecskék a minta és a rekombináció. Az élettartam és a diffúziós hossza egymással összefüggenek
A diffúziós hossza fizikailag jelenti azt a távolságot, amely a felesleges elektronokat diffundálnak élete során. Élettartam jellemzi a tehetetlensége a félvezető visszatérés egyensúlyt. Ez a folyamat korlátozza a teljesítményt a félvezető eszközök, azaz, képességüket, hogy hatékonyan működjön a magasabb frekvenciákon.
Amikor mérlegelni p.1.3 rekombinációs mechanizmus, ha egy elektron elfoglal egy energiaszint a vezetési sávban helyzetben közvetlenül kitölti a vegyérték sáv (lásd. Ábra. 1.3, a) élettartam túl nagy (c). Ez annak köszönhető, hogy a kicsi a valószínűsége az ülés állandóan random hő mozgás az elektronok és lyukak. részecskék találkozó valószínűsége jelentősen növelhető, ha az egyik a részecskék egy fix helyzetben. Ebből a célból, ezek az eszközök a területen szerkezet, ahol szükség van, hogy felgyorsítsa a folyamatot rekombináció adalékolt speciális szennyeződések (arany, platina), amelynek a szabad energia szintje közel a közepén a tiltott energia sávban diagramja szilícium. A szabad elektronok csapdába ezeket a szinteket, így nevezik elektron csapdákat. A szint az ilyen elektronikus lovushkiWL ábrán látható. 1.10.
Ábra. 1.10. Rekombináció a „zóna-csapda zóna”.
Ebben az esetben a rekombináció történik két szakaszban történik. Az első lépésben az elektron által rögzített csapda, és a második fázis tölti az elektron megüresedett a vegyérték sáv. Ez a mechanizmus a rekombináció egy „zóna - csapda - zóna” gyorsabb, mint a hagyományos mechanizmus a „zóna - a zóna”, mert minden egyes szakaszában az egyik helyhez kötött részecskék. Ennek eredményeként, az élettartam csökkenteni lehet több nagyságrenddel, ami jelentősen növeli a teljesítményt a készülék.