Generation és rekombináció töltéshordozók
Generation és rekombináció töltéshordozók
A szabad töltéshordozók félvezetők vannak kialakítva az elektron leválás a saját vagy a szennyező atomok. Ezt a folyamatot nevezik a generációs hordozók és képviseli a következő (ábra. 7.1) az energia diagramja.
Ábra. 7.1 generáló töltéshordozók félvezető folyamat
Carrier generációs mellett előfordulhat hő hatására atomok elnyelt elektromágneses sugárzás vagy a gyors részecskék - elektronok és ionok. Mennyiségileg, a termelési folyamat jellemzi sebessége generatsiiG- párok száma a töltött részecskék előállított egységnyi térfogatban egységnyi idő alatt (jellemzően 1 másodperc). Vagy a méretet. keletkezési sebessége is képviselteti magát egy bizonyos összeget hozzájárulások a különböző források a fizikai természet,
ahol - az arány a hőtermelés - a keletkezési sebességét fotonok, - generációs aránya gyors elektronok, - a generációs aránya energetikai ionok.
Részleges áramforrások külső faktorok által meghatározott - hőmérséklet és fotonenergiák a részecskék és sűrűsége azok áramlását. Legalább az egyik forrás - termikus generáció - állandó, de a tapasztalat azt mutatja, hogy a hordozó koncentrációja állandó marad ilyen körülmények között. Ez azt jelzi, hogy létezik egy inverze generáció - rekombináció töltéshordozók.
Rekombináció eltűnése egy pár szabad hordozók, és a kialakulása kémiai kötés közötti töltött saját atomok.
Ez akkor fordulhat elő két mechanizmus.
Szabad hordozók - az elektronok és lyukak - a folyamat véletlenszerű hőmozgás lehet olyan közel vannak egymáshoz, hogy a Coulomb vonzás nem teszi lehetővé számukra, hogy menjen el újra, és akkor összeolvad egy semleges kémiai kötés. Ez az úgynevezett interband rekombináció. Valószínűség interband rekombináció nagyobb, annál nagyobb a koncentrációja mind elektronok és lyukak. Mennyiségileg, ez jellemzi a sebességgel interband rekombináció - száma elektron-lyuk párok rekombinációs egységnyi térfogatra egy másodperc. A méret ugyanaz, mint a termelés mértéke.
A második rekombinációs mechanizmus működik egy közvetítő - szennyezésként atom eltérő dópoló anyag. A közvetítő szolgál, mint egy csapda - méri mentes közegben az azonos típusú, amely nem esszenciális a félvezető, és tartja egy ideig. Példák atomok arany, réz, mangán, szilícium. A tartási ideje, hogy megközelítse a csapdát fő hordozója az ellenkező előjelű, és újra egyesülnek az a korábban rögzített hordozót. Az ilyen rekombináció úgynevezett rekombináció révén csapdákat. Ő, mint látjuk, két szakaszból áll. a sebessége határozza meg a sebességet az első Capture - ez magasabb, annál nagyobb a koncentrációja kisebbségi töltéshordozók és a koncentrációt az atomok a csapdákat. A második fogás sokkal gyorsabb, mert a koncentráció többségi töltéshordozók sokkal nagyobb koncentrációban a kisebbség. Interband rekombináció és a rekombinációs keresztül csapdák ábrán mutatjuk be. 7.2.
Ábra. 7.2. Két rekombináció az elektronok és a lyukak mechanizmus
A teljes rekombinációs sebessége egyenlő az összege az interband rekombinációs sebessége révén a csapdát és rekombinációs
A valós félvezető, általában uralják kifejezések egyike. A szilícium-rekombináció megy a második mechanizmus szerint, míg a gallium-arzenid - az első. Az ok abban rejlik sajátosságai az elektronikus szerkezet félvezetők, amelyen a szilícium és a gallium-arzenid vannak különböző típusú félvezetők. Ezeket a kérdéseket vizsgálták a kurzus „Szilárdtestfizikai”.
Ennek eredményeként, egyidejű előfordulása generációs és rekombinációs folyamatok félvezető szerelt álló, azaz nem lehet attól függően, hogy időben állandó környezeti körülmények, a koncentráció a elektronok és lyukak. Tekintsük a folyamatot, amelynek célja egy egyensúlyi állapot egyre bevezeti a fontos paraméterek a folyamat.
Hagyja rekombináció megy csak egy csapda. A sebessége arányos a gyakorisága találkozások kisebbségi töltéshordozók (feltételezzük, hogy ezek elektron) csapdák, amely viszont arányos a termék elektron koncentráció és buktatók
ahol - arányossági tényező, az úgynevezett rekombinációs tényező. A dimenzió. Ennek feltétele létrehozó álló kontsentratsiiyavlyaetsya paritás generáció és rekombináció aránya
termikus generáció - - egyetlen az összes kibocsátó források állandó. Míg más források könnyű kikapcsolni, hőtermelés megáll csak nagyon alacsony hőmérsékleten, amely jóval túlmutat a gyakorlati jelentősége az üzemi hőmérsékletet. Közepes hőmérsékleteknél hatása alatt a termikus mozgás, helyhez kötött hordozót koncentrációja van állítva a félvezető, amelyek, abból a szempontból termodinamika egyensúlyt. Minden más forrásokból generálnak létre egyensúlyi hordozók. A egyensúlyi koncentrációja hordozókat azonosítottak és. Tól (7,5) megkapjuk
Tegyük fel, hogy a nem-termikus forrásból működtetett, amíg az idő létrehozott egy steady-state koncentrációja nositeleyi, majd kapcsolja ki. A koncentrációkat az elektronok és a lyukak elkezd csökkenni, keres ki. Az időbeli változása koncentrációk által leírt egyenlettel
A (7.1.7) a jelölést
Az egyenlet megoldása (7.1.7) triviális,
Méret van az idő dimenzióját,
.
A koncentráció feleslegben kisebbségi másodperc nositeleyumenshaetsya egyszerre, poetomunazyvaetsya az elektron élettartam poluprovodnikep típusú. rekombinációja hordozók lehet egyformán le, mint élettartam és rekombinációs együttható. A fizikai értelmében ez utóbbi hozza létre a kapcsolat (7.1.8). Ha van, akkor estkoeffitsient rekombináció számszerűen egyenlő az inverze a élettartamának kisebbségi töltéshordozók félvezető az egyik csapda egységnyi térfogatra. A végzés a hordozó élettartama a rekombináció révén csapdák.
Ugyanígy mondhatjuk kinetikáját interband rekombináció. Hagyja, hogy a kezdeti állapot jön létre, ugyanúgy, mint az előző esetben. Aztán van egy egyenlet
Egy ideje, a felesleges hordozó koncentrációja sokkal nagyobb, mint az egyensúlyi koncentráció, ,, s így a következő egyenlet (7.1.10) lehet egyszerűsíteni,
Az egyenlet megoldása (7.11) a formája
azaz akkor, amikor a interband rekombináció az egyensúlyi hordozó sűrűségének csökkenése az első szakaszban a hiperbolikus törvény. Amikor csökken olyan mértékben, hogy ha az egyenlet (7.1.10) is egyszerűsíthető,
hol. Az oldatot ismét exponenciális,
és van élettartama nem egyensúlyi hordozók a interband rekombináció. A nagyságrend az élettartama a interband rekombináció.
Amikor rekombináció elektron bemegy a vegyérték sáv, így az energia változik szakaszosan on. A sorsa a felszabaduló energia változik interband rekombináció és a rekombináció révén csapdákat. Az első esetben azt átadják a kristályrács formájában atomi rezgések, és végül alakul át hőenergiává, a kristály enyhén melegítjük. A második esetben, ez az energia formájában szabadul fel egy kvantum elektromágneses sugárzás - a foton. Photon hagyhat észrevehető valószínűség kristály, amely ezáltal válik sugárforrás.
elektron kivonását a kovalens kötés kíséri a megjelenése két villamosan csatlakoztatott atomi egység pozitív töltés, úgynevezett lyukak. és a szabad elektron. Tény, hogy egy lyukat lehet tekinteni szabadon mozgatható elemi pozitív töltéshordozók, és a töltés a lyuk a szomszédos elektron kovalens kötés lehet képviseli, mint a mozgó lyukak. A folyamat kialakulásának a elektron-lyuk párok nevezzük generációs szabad töltéshordozók. Egyidejűleg töltéshordozó rekombinációs folyamat lezajlik a termelési folyamat.
Mivel a folyamatos áramlását folyamatok generációs és rekombinációs töltéshordozók egy adott hőmérsékleten egy félvezető, egyensúlyi állapot, amelyben van némi szabad elektron koncentráció (n i) és a lyukak (P i). A tiszta félvezető hordozó koncentrációja függ a gerjesztési a hőmérséklet emelkedésével, és növeli mintegy exponenciálisan. Egyenlő koncentrációk ni szabad elektronok és a lyukak Pi azt jelzi, hogy egy félvezető ugyanolyan elektron és a lyuk vezetőképesség és az úgynevezett privát vezetőképes félvezető
Rekombináció eltűnése egy pár szabad hordozók, és a kialakulása kémiai kötés közötti töltött saját atomok.
Ez akkor fordulhat elő két mechanizmus.
Szabad hordozók - az elektronok és lyukak - a folyamat véletlenszerű hőmozgás lehet olyan közel vannak egymáshoz, hogy a Coulomb vonzás nem teszi lehetővé számukra, hogy menjen el újra, és akkor összeolvad egy semleges kémiai kötés. Ez az úgynevezett interband rekombináció. Valószínűség interband rekombináció nagyobb, annál nagyobb a koncentrációja mind elektronok és lyukak. Mennyiségileg, ez jellemzi a sebességgel interband rekombináció - száma elektron-lyuk párok rekombinációs egységnyi térfogatra egy másodperc. A méret ugyanaz, mint a termelés mértéke.
A második rekombinációs mechanizmus működik egy közvetítő - szennyezésként atom eltérő dópoló anyag. A közvetítő szolgál, mint egy csapda - méri mentes közegben az azonos típusú, amely nem esszenciális a félvezető, és tartja egy ideig. Példák atomok arany, réz, mangán, szilícium. A tartási ideje, hogy megközelítse a csapdát fő hordozója az ellenkező előjelű, és újra egyesülnek az a korábban rögzített hordozót. Az ilyen rekombináció úgynevezett rekombináció révén csapdákat. Ő, mint látjuk, két szakaszból áll. a sebessége határozza meg a sebességet az első Capture - ez magasabb, annál nagyobb a koncentrációja kisebbségi töltéshordozók és a koncentrációt az atomok a csapdákat. A második fogás sokkal gyorsabb, mert a koncentráció többségi töltéshordozók sokkal nagyobb koncentrációban a kisebbség.