Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
W\ того, что в единицу времени на одну свободную ловушку будет захвачен
электрон, равна вероятности обнаружения свободного электрона в объеме
цилиндра площадью сп с образующей (ьп) : Щ = пс"(у") - см. рис.3.9,?.
Темп захвата Um можно найти умножением W\ на количество свободных ловушек
в единице объема (поверхности)
¦ft)- (3-23)
(3.18) и (3.23), легко
ной энергии электрона U от расстояния до центра захвата г вблизи
нейтрального (1), кулоновского притягивающего (2) и отталкивающего (3)
центров, б. Картина захвата свободного электрона на ловушку с сечением
захвата с".
ит = С"КК(1
Сопоставляя видеть, что
V-Р С р(у* /?) ¦
(3.24)
Поверхностные электронные состояния
89
Величины сечений захвата носителей заряда зависят от характера
взаимодействия центра локализации со свободным носителем. Различают три
группы центров захвата - см. рис.3.9, а.
1. Нейтральные центры в исходном состоянии не заряжены; при захвате
свободного носителя заряда на такой центр дальнодейст-вующие кулоновские
силы отсутствуют. Локализация носителя заряда на центре происходит за
счет действия относительно короткодействующих сил внутриатомного
происхождения. Радиус действия таких сил по порядку величины равен
межатомному расстоянию (~ десятых долей нм); соответственно, типичные
величины сечений захвата для нейтральных центров ~ 10",6-1(Г15 см2.
2. Кулоновские притягивающие центры (в частности, заряженные доноры - для
электронов, либо заряженные акцепторы - для дырок) характеризуются на 2+3
порядка большими сечениями захвата, чем нейтральные ловушки, поскольку
дальнодействуюший ку-лоновский потенциал создает дополнительную
затягивающую "воронку" для свободных носителей заряда. Типичные величины
сечений захвата для притягивающих центров ~ 1(Г14-1(Г12 см2.
3. Кулоновские отталкивающие центры, наоборот, имеют сечения захвата на
2+3 порядка меньшие, чем нейтральные ловушки, так как короткодействующие
притягивающие силы "заблокированы" потенциальным барьером
дальнодействующих кулоновских сил. Этот барьер может быть преодолен либо
туннелированием, либо за счет термической активации; вероятность
прохождения барьера обычно составляет 10"3- 10"2. Если свободный носитель
заряда имеет по каким-либо причинам энергию больше средней тепловой
(например, в результате разогрева во внешнем электрическом поле), то его
сечение захвата на отталкивающий центр может возрасти.
3.4.3. Механизмы диссипации энергии в актах захвата. Быстрые и
медленные электронные состояния. В актах захвата свободного носителя
заряда на центр локализации освобождается энергия, которая должна быть
передана какому-то третьему участнику процесса: кристаллической решетке,
другому свободному носителю, кванту света (излучательный захват). На
поверхности твердого тела, помимо указанных выше, могут протекать такие
процессы, как колебательное или электронное возбуждение адсорбированных
молекул, их десорбция и т.п. Темп диссипации избыточной энергии в
значительной мере определяет величину сечений захвата электрона или дырки
на тот или иной центр и, соответственно, характерное время его
перезарядки. Как упоминалось выше, по временам взаимодействия с
разрешенными зонами центры захвата делят на быстрые и медленные (см.
раздел 2.4.2). Поскольку время перезарядки центра локализации зависит не
только от сечения захвата, но и от концентрации свободных
90
Глава 3
носителей заряда, можно указать лишь ориентировочные величины сечений
захвата для быстрых состояний (сп р > 10"16 см2) и медленных центров
захвата (с"гР < Ю"20 см2).
В большинстве случаев процессы излучательного захвата*) электронов или
дырок на глубокие центры оказываются значительно менее вероятными, чем
безызлучательная диссипация избыточной энергии. Передача энергии,
освобождающейся в акте захвата одного носителя другому свободному
носителю ("оже-процесс"), может происходить только при достаточно высоких
концентрациях свободных носителей. При обычных концентрациях (менее 10|6-
1017 см"3) основным механизмом диссипации энергии, как правило, является
передача ее кристаллической решетке в виде фононов.
Различают два вида процессов захвата с участием фононов - каскадный и
многофононный. Каскадные процессы возможны только для центров, обладающих
"лестницей" возбужденных энергетических уровней, по которой свободный
носитель постепенно опускается на основное состояние центра, испуская на
каждой "ступеньке" один фонон. Каскадный механизм диссипации энергии
весьма эффективен, однако он может действовать только в случае
кулоновских притягивающих центров, у которых имеется необходимая
"лестница" возбужденных уровней. Нейтральные (в том числе и дипольные)
центры захвата такой "лестницы" не имеют и для них возможны лишь
многофононные процессы, при которых энергия передается сразу нескольким
фононам. Вероятность такого способа диссипации энергии значительно
меньше, что является одной из причин существенно меньших величин сечений
