Неравновесные носители

В возбужденном полупроводнике имеются неравновесные носители заряда — электроны и дырки. К излучению света приводят их рекомбинация. Рассмотрим механизмы излучательной рекомбинации более подробно. [c.314]

В полупроводниковых лазерах наиболее распространенным методом создания инверсной населенности является инжекция неравновесных носителей заряда через р-/г-переход. Электронно-дырочный переход (р-п) — это переходная область, с одной стороны которой полупроводник имеет дырочную (р) проводимость, а с другой — электронную п). Необходимо отметить, что речь идет об одном образце, а не о контакте между двумя образцами р- и rt-типа. [c.317]

Квантовый выход внутреннего фотоэффекта. Предположим теперь, что полупроводник освещается монохроматическим светом, частота которого выше пороговой частоты для внутреннего фотоэффекта. Последняя определяется шириной запрещенной зоны в собственных полупроводниках и энергией ионизации донорных или акцепторных примесей в примесных полупроводниках. При поглощении фотонов электронами валентной зоны или примесных уровней будут происходить соответствующие квантовые переходы, приводящие к образованию дополнительных (неравновесных) носителей заряда, которые и обусловливают фотопроводимость. [c.176]

С целью максимального упрощения задачи будем полагать, что световое излучение поглощается равномерно во всем объеме полупроводника и, следовательно, отсутствует диффузия неравновесных носителей заряда от одних участков полупроводника к другим. Кроме того, примем, что плотность светового потока не меняется во времени, так что можно рассматривать стационарную ситуацию. В данных условиях справедливо равенство [c.177]

Воздействие света, электрического поля и других факторов может привести к появлению дополнительных, избыточных по отношению к равновесным, концентраций свободных носителей, их называют неравновесными носителями заряда. При неизменной интенсивности внешнего фактора в полупроводнике устанавливается стационарное состояние, при котором скорости генерации и рекомбинации носителей заряда равны. В этих условиях концентрации избыточных носителей заряда равны г п = п - пд к Ар — р - ро, где пир- постоянные концентрации электронов и дырок при наличии внешнего фактора пд а рд - то же, в отсутствие внешнего фактора, т. е. равновесные концентрации. Если в полупроводнике нет объемного заряда, то выполняется условие его электрической нейтральности [c.64]

После прекращения воздействия внешнего фактора, вызывающего генерацию избыточных носителей заряда, их концентрации из-за рекомбинации быстро уменьшаются и достигают равновесных значений. Скорость, с которой протекает рекомбинация, определяется временем жизни неравновесных носителей заряда т. [c.65]

Освещение полупроводника светом не приводит к бесконечному росту концентрации неравновесных носителей заряда, так как по мере роста концентрации свободных носителей и числа свободных мест на примесных уровнях растет вероятность рекомбинации. Наступает момент, когда рекомбинация уравновесит процесс генерации свободных носителей. Избыточная (неравновесная) удельная проводимость, равная разности удельных электрических проводимостей полупроводника при освещении у и в отсутствие освещения уо, называется удельной фотопроводимостью уф [c.70]

При световых частотах, т. е. при длинах волн, измеряемых микронами, энергия фотона достаточна для ионизации и образования пары электрон — дырка. Электроны и дырки образовавшиеся под влиянием света, называются неравновесными, так как они исчезают после прекращения облучения. За время своего существования неравновесные носители зарядов под действием приложенного поля с напряженностью Е успевают пройти расстояние 1ф, называемое длиной затягивания неравновесных носителей. Этот эффект используется в фоторезисторах. Длина затягивания выражается формулой [c.274]

Ккм — подвижность неравновесных носителей. [c.274]

После окончания освещения образца электроны переходят на более низкие энергетические уровни — примесные или в валентную зону. При непрерывном освещении полупроводника устанавливается динамическое равновесие между образующимися дополнительными (неравновесными) носителями и уходящими на нижние уровни, т. е. устанавливается динамическое равновесие между процессами генерации носителей заряда и рекомбинацией их. [c.276]

Работа прибора основана на взаимодействии краевого СВЧ электрического поля резонатора со свободными носителями тока полупроводниковой пластины. Удельное сопротивление пластины определяется по величине потерь, вносимых исследуемым полупроводником в резонатор, а время жизни неравновесных носителей — по времени затухания фотопроводимости полупроводника после освещения его оптическими импульсами. [c.251]

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]

Кроме объемного времени жизни, различают еще поверхностное время жизни неравновесных носителей заряда, при учете которого эффективное время жизни неравновесных носителей заряда определяется уравнен 1ем [c.248]

Рекомбинация неравновесных носителей. Прямая рекомбинация. Рекомбинацию ii самом простом виде (рис. 8-9, а) можно представить с помощью энергетической диаграммы (на кото- [c.248]

Большинство избыточных нар электрон — дырка рекомбинирует на дефектах кристаллической решетки. Эти дефекты, как указывалось выше, являются центрами рекомбинации и связаны с различными энергетическими уровнями внутри запрещенной зоны. Время, необходимое для того, чтобы избыток носителей пришел в равновесное состояние посредством рекомбинации, является временем жизни неравновесных носителей, которое зависит прежде всего от сечения рекомбинации и плотности центров рекомбинации. [c.284]

Как указывалось выше, число ионизованных электронов при облучении полупроводников зависит от общего количества поглощенной энергии. Энергия, необходимая для образования электронно-дырочной пары, равна 3 эв для германия и 3,5 эв для кремния. Возможна непосредственная рекомбинация избыточных электронов и дырок с испусканием фотона. Однако рекомбинация большей части неравновесных носителей происходит на дефектах кристаллической решетки. [c.311]

Наиболее заметно влияние неравновесных носителей, вызванных ионизирующим излучением, проявляется в полупроводниковых переходах, поскольку переход разделяет электронно-дырочные пары, образовавшиеся вблизи него. Обратный ток в полупроводниковом переходе зависит главным образом от концентрации неосновных носителей вблизи перехода, а электропроводность, наоборот, зависит от основных носителей. Ионизирующее излучение, которое способно увеличить концентрацию основных носителей и, следовательно, электропроводность на пренебрежимо малую величину, может увеличить концентрацию неосновных носителей на несколько порядков. Если, например, область базы кремниевого плоскостного полупроводникового прибора имеет концентрацию основных носителей 2-10 на кубический сантиметр, то эта область при комнатной температуре содержит около 1 10 неосновных носителей на кубический сантиметр. Если излучение вызывает увеличение концентрации основных носителей только на 0,1%, то концентрация неосновных носителей увеличивается до 2-10 см- , или в 200 ООО раз. В этом случае обратный ток в переходе должен увеличиться, что может отрицательно повлиять на нормальную работу прибора. Фактически ток, аналогичный фототоку, при воздействии ионизирующего излучения может наблюдаться и в неработающем приборе. [c.312]

Глубокие примесные уровни. Некоторые примеси создают в полупроводниках примесные уровни, расположенные далеко от границ энергетических зон. Такие уровни называются глубокими. В кремнии и германии подобные уровни создают атомы золота, меди, марганца, железа и др. Эти уровни играют большую роль в протекании процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда. [c.159]

СТАТИСТИКА РАВНОВЕСНЫХ И НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.159]

Понятие о неравновесных носителях. При температуре, отличной от абсолютного нуля, в полупроводнике происходит тепловое возбуждение генерация) свободных носителей заряда. Если бы этот процесс был единственным, то концентрация носителей непрерывно возрастала бы с течением времени. Однако вместе с процессом генерации возникает процесс рекомбинации электроны, перешедшие в зону проводимости или на акцепторные уровни, вновь возвращаются в валентную зону или на донорные уровни, что приводит к уменьшению концентрации свободных носителей заряда. Динамическое равновесие между этими процессами при любой температуре приводит к установлению равновесной концентрации носителей, описываемой формулами (6.7) и (6.8). Такие носители называются равновесными. [c.171]

При неизменной интенсивности внешнего агента концентрация избыточных носителей растет вначале быстро, а затем вследствие увеличивающейся скорости рекомбинации рост замедляется и в конце устанавливается стационарное состояние, при котором скорость генерации носителей равна скорости их рекомбинации. Обозначим постоянную концентрацию электронов в стационарном состоянии через п, а дырок — через р. Концентрация избыточных или неравновесных носителей тогда равна [c.171]

Здесь fin и [Лр играют роль уровней Ферми для электронов и дырок и называются квазиуровнями Ферми. Они не совпадают между собой и с равновесным уровнем Ферми (рис. 6.8, б). Для неравновесных носителей не выполняется также закон действующих масс пр ф nj. [c.172]

Из (6.46) видно, что в этих условиях скорость рекомбинации избыточных носителей заряда пропорциональна их концентрации. Такую рекомбинацию называют линейной. Время жизни неравновесных носителей при линейной рекомбинации [c.174]

При таких допущениях Холл, Шокли и Рид получили следующее выражение для времени жизни неравновесных носителей [c.176]

Рассмотрим полупроводник, в запрещенной зоне которого имеются поверхностные рекомбинационные центры. Пусть в этом полупроводнике генерируются неравновесные носители заряда. Обозначим избыточную концентрацию их вблизи поверхности через Ап и Aps. Наличие на свободной поверхности полупроводника рекомбинационных центров, т. е. стока для неравновесных носителей, приводит к возникновению направленных потоков носителей к поверхности, пропорциональных их избыточной концентрации потока электронов jjq = s Ап и потока дырок = s Ар , где /п. /р — электронная н дырочная составляющие тока, текущего к поверхности. В условиях равновесия, когда ток через поверхность равен нулю, потоки электронов и дырок к поверхности равны друг 248 [c.248]

Диффундируя в глубь полупроводника, неравновесные носители рекомбинируют, проникая в среднем на расстояние диффузионной длины от слоя объемного заряда р — п-перехода. Если при этом существенная доля актов рекомбинации происходит с излучением света, то, создав условия для выхода этого света наружу, полупроводниковый диод можно использовать как источник излучения. Такой диод называют светодиодом. [c.331]

Если приложить импульсное напряжение с достаточно крутым передним фронтом, то произойдет резкое снижение высоты потенциального барьера, в результате чего электроны из -полупроводника и дырки из р-полупровод-ника устремятся навстречу друг другу и в области р—/г-перехода появится большая концентрация неравновесных носителей. [c.60]

Распределение неравновесных носителей по энергиям описывается также функциями Ферми, но уровни Ферми для электронов и дырок будут различными — это так называемые квазиуровни Ферми W% для электронов и Wf Для дырок. На рис. 41 представлен вид функции распределения для данного случая. Как видно из рисунка, расстояние между квазиуровнями Ферми оказывается больше ширины запрещенной зоны W f — Wf > AW. В области р— -перехода образуется инверсное состояние. Последующая затем рекомбинация неравновесных электронов и дырок вызывает излучение квантов, частота которых определяется разностью энергетических уровней соответствующих переходов. Через некоторое время взаимодействие электронов и дырок приведет их в равновесное состояние, при этом уровни Ферми совместятся. Приложение следующего импульса напряжения вызывает повторение процесса и т. д. Чем выше будет приложено напряжение, тем большее количество носителей инжектируется в область р— -перехода и тем выше осуществляется инверсия. При достижении инверсии в р— -переходах, как и во всех других типах лазеров, оказывается возможным усиление излучения вследствие вынужденных переходов, а при наличии обратной связи и генерация. [c.60]

К переходам, приводящим к образованию неравновесных носителей, относятся также переходы электронов с примесного уровня в зону проводимости и из валентной зоны на примесный уровень. При каждом из этих переходов растет концентрация носителей только одного знака. В этом случае Р = 1 и Рр = О или, наоборот, Р = О и Рр = 1. [c.225]

Существуют и другие виды поглощения света, не приводящие к возникновению неравновесных носителей заряда. К таким поглощениям относятся решеточные, на плазменных колебаниях (коллективных колебаниях электронов), с образованием связанных электронов и дырок (экситонов), на свободных носителях заряда. Для этих случаев = Рр = 0. Следовательно, эффективное значение квантовых выходов при малых световых потоках, имеющих место в методах неразрушающего контроля полупроводников, будет меньше 1. [c.226]

Размер и форма облученной зоны зависит от размера и формы диафрагмы, фокусного расстояния объектива и длины волны излучения лазера. При использовании Не—N -лазера с длиной волны излучения 0,63 мкм были получены размеры облученной зоны менее 8 мкм. Для таких длин волн в МОП-схемах излучение поглощается в S1 за счет межзонных переходов с образованием неравновесных носителей обоих знаков, причем уровень легирования мало влияет на коэффициент поглощения. [c.226]

Поверхностная рекомбинация. Помимо рекомбинации в объеме носители могут рекомбинировать на поверхности полупроводника. Скорость поверхностной рекомбинации S определяется как скорость потока частиц из объема к аоверхности, необходимого для поддержания на ней избыточного числа неравновесных носителей. Скорость s сильно зависит от способа обработки поверхности. Так, для Ge при травлении поверхности в кипящей Н2О2 язЮ см/с, а при шлифовке s 10 см/с и более. Обычно s = 10 -f-10 см/с. [c.454]

Диффузионная длина — это расстояние, на котором в однородном полупроводнике при одномерной диффузии в отсутствие электрического и магнитного полей избыточная концентрация неравновесных носителей заряда уменьшается вследствие рекомби- [c.248]

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]

Проведем анализ этой формулы, считая для простоты, чтот о. того же порядка,, что и Тро. На рис. 6.10, б показана зависимость времени жизни неравновесных носителей от концентрации основных носителей. За начало отсчета принята концентрация носителей в собственном полупроводнике. Вправо от этой точки отложено отношение tijtii, влево pjtii. На рис. 6.10, а схематически показано [c.176]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...