Полупроводники время рекомбинации

Время рекомбинации х и время излучательной рекомбинации для некоторых полупроводников 1621. Концентрация носителей близка к собственной, Г=300 "К- [c.342]

Дополнительное усложнение картаны взаимодействия мощного лазерного излучения с полупроводником может произойти, если излучение имеет вид короткого (пико- или фемтосекундного) лазерного импульса на нагрев решетки более непосредственное влияние оказывает поглощение свободными носителями, нежели межзонное поглощение, поскольку в первом случае поглощенная энергия очень быстро передается непосредственно к решетке, а во втором случае основная доля поглощенной энергии перейдет к решетке только спустя время рекомбинации, требуемое для аннигиляции электрон-дырочной пары (в кремнии это наносекунды, в арсениде галлия - сотни пикосекунд). [c.141]

Во-первых, полная концентрация электронов, которую мы все время считали заданной, в полупроводниках, строго говоря, отнюдь не задана, а способна флуктуировать (ибо носители тока создаются тепловым движением). Практически, однако, это не вносит каких-либо изменений в расчет, так как время рекомбинации (определяющее темп изменения п со временем), как правило, на несколько порядков превосходит период плазменных колебаний. [c.179]

Межзонное рекомбинационное излучение. Выше отмечалось, что поглощение света полупроводником может привести к образованию электрона в зоне проводимости и дырки в валентной зоне. Если межзонный переход является прямым, то волновые векторы этих носителей заряда одинаковы к —к. Образовавшиеся свободные носители заряда участвуют в процессах рассеяния, в результате чего за время релаксации —10 с) электрон опускается на дно зоны проводимости, а дырка поднимается к потолку валентной зоны. При их рекомбинации генерируется фотон, т. е. возникает излучение света. Переходы электронов из зоны проводимости в валентную зону могут быть прямыми и непрямыми (так же как переходы при поглощении света). Прямой излуча-тельный переход изображен на рис. 9.7. [c.314]

Рекомбинация. Электроны в зоне проводимости полупроводника находятся в возбужденном состоянии и, следовательно, имеют конечное время жизни. При встрече они аннигилируют с дырками. Однако вероятность такой рекомбинации очень мала, потому что и электроны, и дырки движутся с большими скоростями и вероятность их нахождения в одном и том же месте пространства в один и тот же момент времени ничтожна. Поэтому главный путь рекомбинации осуществляется посредством захвата электронов (или дырок) примесными атомами. Захваченный электрон (или дырка) удерживается около примесного атома до тех пор, пока не аннигилирует с пролетающей мимо дыркой (или электроном). Этот механизм значительно более эффективен, чем прямая рекомбинация. Тем не менее вероятность рекомбинации посредством захвата также не очень велика и обычно обеспечивает сравнительно большую продолжительность жизни соответствующих носителей. В германии и кремнии продолжительность жизни носителей до рекомбинации имеет порядок 10" с. [c.355]

Время жизни неравновесных носителей заряда в объеме полупроводника определяют как отношение избыточной концентрации неравновесных носителей к скорости изменения этой концентрации вследствие рекомбинации в объеме [c.248]

Время жизни неосновных носителей более чувствительно к облучению, чем удельная электропроводность. Если, например, ввести избыток дырок в полупроводник и-типа (в этом случае дырки являются неосновными носителями, а электроны — основными), то они исчезнут в результате рекомбинации с электронами, но это произойдет не мгновенно. Среднее время, необходимое для рекомбинации неосновного носителя с основным, называется временем жизни неосновного носителя. Эти свойства особенно важны во многих полупроводниковых приборах, особенно в транзисторах. Механизм рекомбинации определяется примесями и другими типами дефектов. В приведенном выше примере дырки и электроны рекомбинируют после захвата дефектами, которые называют центрами рекомбинации. Очень эффективными центрами рекомбинации являются вакансии и междоузлия. [c.283]

Таким образом, любые радиационные нарушения уменьшают время жизни неосновных носителей и приводят к заметному ухудшению работы полупроводниковых приборов, требующих относительно большого времени жизни, например транзисторов и мощных выпрямителей. Эффективность центров рекомбинации, возникших при облучении, существенно различается в зависимости от материала полупроводника. Например, дефекты в кремнии, облученном нейтронами, оказываются приблизительно в 10 раз эффективнее, чем дефекты в германии, даже с учетом большей скорости образования дефектов в кремнии. [c.283]

Локальные уровни в запрещенной зоне полупроводника могут быть эффективными центрами рекомбинации, если они расположены вдали от дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, в противном случае они играют роль уровней прилипания, так как захваченный ими носитель через некоторое время выбрасывается в свою зону. Центры рекомбинации часто называют ловушками, а процесс перехода электрона из зоны проводимости на свободный уровень рекомбинации — захватом электрона ловушкой. Аналогично этому переход электрона с ловушки на свободный уровень в валентной зоне и освобождение уровня ловушки называют захватом дырки ловушкой. [c.175]

ОТ концентрации основных носителей и определяется временем захвата неосновных носителей (дырок) Трд. Это легко понять, обратившись к рис. 6.10, д и 6.11, а. В сильно легированном полупроводнике п-типа уровень Ферми располагается выше уровня ловушек л. Поэтому все ловушки оказываются заполненными электронами, и пока не освободится хотя бы одна из них, электрон из зоны проводимости не может быть захвачен ловушкой. Зато, как только ловушка освободится, т. е. как только она захватит дырку, она мгновенно будет занята одним из электронов зоны проводимости, которых в полупроводнике п-типа очень много, и акт рекомбинации произойдет. Именно поэтому в полупроводнике п-типа время жизни определяется временем захвата дырки Тро, полностью заполненным рекомбинационным уровнем Ел (ловушками). [c.177]

Область II начинается с момента, когда уровень Ферми приближается к уровням ловушек. Дальнейшее повышение температуры здесь приводит к непрерывному понижению уровня Ферми и выключению из работы все большего числа ловушек. Поэтому скорость рекомбинации носителей уменьшается, а время жизни возрастает. Максимального значения т достигает при температуре перехода полупроводника к собственной проводимости Г . [c.178]

При мгновенном переключении диода с прямого на обратное направление ( 2 на рис. 8.18, б) обратный ток в начальный момент будет очень высоким, так как высокой является концентрация неосновных носителей на границах 2 и / (кривая I, рис. 8.18, г) он ограничивается фактически сопротивлением г пассивных областей диода (полка 2 на рис. 8.18, в). С течением времени избыточные неосновные носители у границ J и 2 постепенно рассасываются за счет перехода их в соответствующие области полупроводника и за счет рекомбинации, градиент концентрации, обусловливающий диффузию их к этим границам, падает (кривые 2, 3, 4, рис. 8.18, г) и обратный ток уменьшается (рис. 8.18, б). За время, примерно равное Тр для дырок и т для электронов, устанавливается стационарное распределение неосновных носителей у границ р—п-перехода (кривая 5, рис. 8.18, г) и обратный ток достигает своей нормальной величины Is (рис. 8.18, б). [c.231]

Время жизни относительно рекомбинации неравновесных электронов проводимости и дырок в зависимости от природы полупроводника колеблется в пределах 10" —10 с. Время же взаимодействия их с колебаниями кристаллической решетки с таким образом, неравно- [c.60]

Важной характеристикой полупроводников является также время жизни примесных носителей электрического тока. Б полупроводнике одновременно с процессом возникновения свободных электронов и дырок идет обратный процесс рекомбинации электроны из зоны проводимости вновь возвращаются в валентную зону, ликвидируя дырки. В результате концентрация носителей уменьшается. При данной температуре между этими двумя процессами устанавливается равновесие. Среднее время, в течение которого носитель существует до своей рекомбинации, называют временем жизни. Расстояние, которое успеет пройти за это время носитель, называют диффузионной длиной. Некоторые примеси и дефекты уменьшают время жизни носителей электрического тока и тем самым ухудшают работу прибора. Для хорошей работы полупроводникового прибора время жизни носителей должно быть не меньше, чем 10 с. [c.588]

ПОЛУКЛАССИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПОЛЯ и КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ в РАВНОВЕСНОМ р— П-ПЕРЕХОДЕ ЭЛЕМЕНТАРНАЯ КАРТИНА ВЫПРЯМЛЯЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ р— п-ПЕРЕХОДА ДРЕЙФОВЫЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ТОКИ ВРЕМЕНА СТОЛКНОВЕНИЙ И РЕКОМБИНАЦИИ ПОЛЯ, КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ И ТОКИ В НЕРАВНОВЕСНОМ р — п-ПЕРЕХОДЕ [c.210]

Учет экранирования в теории локальных уровней представляется существенным не только (и не столько) в чисто количественном, сколько в принципиальном отношении. Действительно, радиус экранирования в силу (21.7) и (21.12) зависит от концентрации свободных зарядов и от температуры. Последняя неявно входит и в выражение (21.12), ибо от нее зависит концентрация п. Это означает (в полном соответствии с общей дискуссией 16), что энергия ионизации примеси в полупроводнике есть не чисто механическая, а термодинамическая величина. То же относится, очевидно, и к энергиям возбуждения (если кроме основного примесного уровня есть и возбужденные), к числу уровней, создаваемых данным структурным дефектом, и вообще ко всем без исключения характеристикам примесных состояний они зависят от Т и п, т. е. от положения уровня Ферми в кристалле (в частности, и от концентрации как данной, так и посторонней примеси). Таким образом, оказывается возможным, меняя значения Т и п, в известной мере управлять энергетическим спектром полупроводника. При этом существенно, что в экранировке принимают участие не только равновесные, но и неравновесные носители тока. Действительно, время жизни последних определяется процессами рекомбинации, экранировка же, очевидно, устанавливается полностью, коль скоро достигается равновесное распределение свободных зарядов (при заданном общем их числе) и устанавливается статическое значение поля. Первый из названных процессов характеризуется временем свободного пробега, второй—максвелловским временем релаксации. Оба [c.208]

Термоупругая генерация волн деформации происходит при пространственно-неоднородном нагреве и остывании кристаллической решетки, причем уменьшение температуры тела Т определяется исключительно теплопроводностью. Генерация волн деформации за счет электронного механизма, согласно (3), происходит как при увеличении концентрации неравновесных носителей (при межзонном поглощении света), так и при уменьшении п . Однако, в отличие от температуры кристалла Т, концентрация носителей в плазме в силу (4) падает не только за счет ее пространственной диффузии, но и за счет рекомбинации электронно-дырочных пар. Важно, что время рекомбинации неравновесных носителей Тр суш,ественно зависит от их концентрации при двухчастичной рекомбинации, Тр Пе при Оже-реком-бинации). Поэтому, изменяя плотность энергии оптического воздействия и, следовательно, характерную концентрацию фотовозбужденных носителей, можно эффективно влиять на эволюцию плазмы после окончания светового воздействия и, тем самым, на процесс генерации волн деформации. Уменьшая время рекомбинации Тр, можно добиться выключения деформационного источника акустических волн за времена, не превосходящие длительность оптического воздействия т (при Тр т,,), и существенного уменьшения длины диффузии неравновесных носителей /д==К1)дТр. Оба эти обстоятельства приводят к сокращению длительности оптически возбужденных в полупроводниках импульсов деформации вплоть до [95, 96]. [c.167]

Рассмотрим растекание носителей, накопленных на границе полупроводника. В этом случае время т необходимо определить как среднее г-ремя пробега носителя до встречи его с носителем противоположного знака и их рекомбинации. Поскольку, однако, все носители геометрически разделены в соответствии с их знаками, то время рекомбинации носителя определенного знака будет ограничиваться скоростью термогенерации носителей противоположного знака в той же точке полупроводника, т. е. [c.192]

В полупроводниках имеется еще одно характерное время, играющее фундаментальную роль,— время рекомбинации (см. ниже). Индекс соИ ( ollision — столкновение) введен, чтобы отличить средние времена между столкновениями от времен рекомбинации. [c.221]

R3 теорема Лиувиля I 225, 385 теория явлений переноса Т 245—263 уравнения движения I 221 Фазовое пространство I 225 С.и. также Блоховские электроны Орбиты Полуметаллы I 304, 305 и полупроводники I 304 fr) теплоемкость I 307 (с) эффективная масса носителей тока I 206 (с) Полупроводники II 184—232 валентные зоны II 185 время рекомбинации II 223 (с) пырождпнньте ТТ 195 геперация погителей II 222 диамагнетизм (в. легированных полупроводниках) И 282 [c.405]

Электролюминесценция может быть получена и от так называемого инжекционного диода здесь излучение обз словлено интенсивной рекомбинацией, в результате инжекции в полупроводник через р-я-пере-ход неосновных носителей тока. Для таких диодов применяют монокристаллы — соединения А" — В — 1пР, InAs, GaP, GaAs и их твердые растворы соединения А — В — ZnS, ZnSe, а также карбид кремния (табл. 14.5). Для активирования применяют медь, сернистый кадмий и др. Инжекционные диоды как источники света имеют малую инерционность, время затухания может составлять 10 сек. -Недостатком является невысокий квантовый выход. [c.205]

Скорость генерации и рекомбинации. Каждый неравновесный носитель, возникнув в полупроводнике, живет в нем ограниченное время до своей рекомбинации (гибели), разное для разных носителей. Поэтому вводят среднее время жизни нераврювесных носителей т. [c.172]

При одновременном протекании в образце объемной и поверхностной рекомбинаций эффективное время жизни неравновесных носителей т ,ф зависит от времени жизни в объеме т (5 и скорости поверхностной рекомбинации s. Как показывает расчет, для тонких (по сравнен1ио с длиной диффузии) образцов полупроводника эффективное время жизни неравновесных носителей равно [c.249]

Перечисленные примеси, как правило, образуют в полупроводниках твёрдые растворы замещения и обладают высокой растворимостью (10 —10 ат/см ) В широком интервале темп-р. Растворимость их носит ретроградный характер и достигает максимума в Ge при 700-900 "С, в Si — при 1200—1350 "С, в GaAs — при 1100 1200 С. Эти примеси имеют малые сечения захвата носителей, являются малоэффективными центрами рекомбинации и поэтому слабо влияют па время жизни носителей. [c.579]

РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ВОЛИЫ — волны концентрации носителей заряда в холодной биполярной плазме полупроводников во внеш. электрич. поле (см. Плазма твёрдых тел). Возникают спонтанно, когда электрич, поле превосходит нек-рое пороговое значение.. Р. в, проявляются как колебания тока в образце, к,к-рому приложено пост, напряжение. Условием существования Р. в. в полупроводнике является наличие как электронов, так и дырок, концентрации к-рых не должны сильно отличаться. Др, условие состоит в том, чтобы времена жизни т носителей были различными. Оба условия выполняются только при наличии глубоких примесных центров рекомбинации, уровни энергли к-рых располагают в ср. части запрещённой зоны полупроводника. Эти условия иллюстрируются диаграммой (рис.). [c.320]

На основе Ф. э. созданы простые и надёжные методы определения таких параметров полупроводников, как время жизни неравновесных носителей заряда, диффузионная дгшна, скорость поверхностной рекомбинации, а также детекторы излучения и магнитометры. [c.351]

Здесь 8 — диэлектричесжая проницаемость т — время жизни носителей заряда а — параметр данного кристалла Ип и Up—подвижности электронов н дырок. По величине Uk можно определить концентрацию уровней рекомбинации. Интересно отметить, что в случае двойной ннжвкцин зависимость тока от расстоя-яня между электродами становится еще более сильной, чем при монополярной Очевидна необходимость изготовления весьма тонких образцов диэлектриков и полупроводников и соответственно совершенствования тонкопленочной технологии. Биполярная инжекция может приводить и ко многим других вариантам вольт-амперных характеристик, отличающимся от приведенной на рис. 2.3,6. На особенности зависимости j(U) влияют глубина залегания уровней прилипания электронов и дырок, подвижность носителей заряда, а также эффективность их рекомбинации. Очень большое значение имеют также качество и характер инжектирующих контактов. [c.51]

Первые попытки применения квантово-механической теории энергетического состояния электронов в диэлектриках и полупроводниках к интерпретации фотохимических и фотоэлектрических явлений в щелочно-галоидных кристаллах принадлежат П. С. Тар-таковскому [71]. На основе имевшихся в то время экспериментальных данных и общих соображений об энергетических уровнях в кристаллах Тартаковским впервые была построена схема энергетических уровней для ряда щелочно-галоидных соединений с учетом локальных электронных состояний различных центров окраски. Анализируя электронные переходы между различными уровнями энергии кристалла, можно было объяснить ряд оптических и фотоэлектрических свойств окрашенных кристаллов ще-лочно-галоидных соединений с единой точки зрения. Однако в отличие от полупроводников, для которых свет в области их фундаментального поглощения является фотоэлектрически активным, в щелочно-галоидных кристаллах не наблюдается внутреннего фотоэффекта под действием света в области первой полосы собственного поглощения. По этой причине попытки применения зонной теории к толкованию всей совокупности явлений, связанных с собственным поглощением, фотопроводимостью и люминесценцией щелочно-галоидных кристаллов наталкивались на существенные затруднения. Некоторые фундаментальные экспериментальные факты относительно свойств окрашенных щелочно-галоидных кристаллов не получили объяснения ни в энергетической схеме Тарта-ковского, ни в подобных более всеобъемлющих схемах, предлагавшихся позднее. В частности, оставалась совершенно непонятной сама возможность образования в кристалле столь устойчивой окраски под действием света или рентгеновых лучей, какая в действительности наблюдается у щелочно-галоидных кристаллов. В самом деле, при образовании в процессе фотохимического окрашивания свободных электронов, локализующихся затем на уровнях захвата, в верхней зоне заполненных уровней энергии должны образоваться свободные положительные дырки. Вследствие диффузии этих дырок в верхней зоне заполненных уровней вероятность их рекомбинации с электронами, локализованными в центрах окраски, должна быть достаточной, чтобы кристалл быстро обесцветился даже в темноте. Между тем, известно, что окраска кристалла весьма устойчива и сохраняется в темноте очень продолжительное время. Возможность локализации положительных дырок в предлагавшихся квантово-механических моделях не рассматривалась. [c.30]

Работа полупроводникового люминофора происходит следующим образом. Внешний источник, сообщая атому энергию W > AW, переводит электрон из валентной зоны в зону проводимости ), откуда часть электронов переходит на уровень ловушки (2), где может находиться длительное время. Далее возможна рекомбинация — воссоединение захваченного электрона с дыркой (5) — или возвращение электрона под действием теплового движения в зону проводимости [4) с переходом (5) в валентную зону. Переходы 3 и 5 сопровождаются излучением кванта света hf. В некоторых полупроводниках люминесценция обусловлена межпримесной рекомбинацией — переходом электрона от донора к акцептору. В электролюминофорах излучение происходит в результате рекомбинации носителей заряда при инжекции электронов из п- в р-область. [c.254]

В процессе очистки германия фракционированной кристаллизацией и получения монокристаллического германия качество металла контролируют физическими методами. Обычно контролируют следующие свойства Ч тип проводимости, удельное сопротивление и время жизни нёосновных носителей зарядов, обусловленное рекомбинацией электронов и дырок в объеме полупроводника. Кроме того, для определения подвижности носителей зарядов определяют коэффициент Холла. [c.407]

Интенсивность Р. л. определяется произведением концентраций и j рекомбинирующих партнеров. Поэтому для нее характерен быстрый начальный спад яркости после прекращения возбуждения, переходящий в медленно затухающее слабое послесвечение, продолжающееся иногда в течение многих часов. В простейшем случае, когда i = с , и все акты рекомбинации приводят к иснусканшо света, спад яркости описывается ф-лой I = / /(I + at) , где 1ц — яркость в момент прекращения возбуждения, i — время и я — постоянная, зависящая от природы спстемы и от интенсивности возбуждения (с ростом интенсивности а возрастает). Если же с , как, напр., при рекомбинации неосновных носителей заряда в полупроводнике, то затухание идет по закону I Iц ехр (—г/т), где т — время жизни неосновных носителей. Однако в реальных системах такие простые законы наблюдаются редко пз-за различных осложняющих обстоятельств, хотя общий характер затухания большей частью сохраняется. Так, в полупроводниках суш,е-ствуют разного рода ловушки, на к-рых электроны и дырки могут задерживаться весьма длительное время. Это приводит к задержке затухания и к зависимости скорости затухания от темп-ры, поскольку для освобо- кдения зарядов из ловушек требуется энергия активации. Кроме того, если, включив возбуждение, начать нагревать кристаллофосфор, то освобождение электронов из ловушек может настолько ускориться, что яркость Р. л. будет в течение нек-рого времени возрастать (т е р м о в ы с в е ч и в а н и е см. Высвечивание люмшюфоров). С другой стороны,. эти ловушки сами могут служить центрами рекомбинаций, причем нек-рые из них могут и но испускать при [c.405]

Здесь Те - время излучательной рекомбинации электронно-дырочной пары (например, для СаАз =1,3 не) Wl N) - где 1-3 для разных типов полупроводников, - константа. Остальные величины имеют тот же смысл, чго и введенные выше для обычных лазеров. [c.34]

К электрически неактивным примесям в полупроводниках относятся изоэлектронные примеси. Довольно часто электрически неактивными примесями в полупроводниках бывают такие примеси, как водород, кислород, азот, а также примеси некоторых элементов, размещающиеся в междоузлиях кристаллической рещетки полупроводника. Примеси подобного рода не изменяют концентрацию носителей заряда, однако могут влиять на времена жизни свободных носителей заряда и вносить вклад в излучательную рекомбинацию. [c.120]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...