Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
где n1p1 — n0p0 — n], a n0 и p0 — концентрации в объеме, за пре-
делами слоя объемного заряда.
В дальнейшем мы будем считать, что а) полупроводник не вырожден и концентрации неравновесных дырок и электронов подчиняются закону Больцмана (5.3); соответственно pstis = рп, где р и п — полные концентрации на границе объемного заряда (в плоскости х -= 0, рис. Ж18); б) бр = бп (концентрация уровней мала); в) нару-
ТОК НАСЫЩЕНИЯ ДИОДОВ
345
шение равновесия мало, бnl{ti0 + р„) 1. Тогда, полагая п — п0 +
+ бп, р == р0 + бр и удерживая только малые первого порядка,
находим
Pslls - РуПх = рп - р0П0 ~ (п0 + р0) бп,
Rs = vanap-----j—y------п*+Ръ...-------- б/г. (8.4а)
аП\пе s + n1) + ap\pe s + pj
Если при этом полупроводник не очень близок к собственному, то при малом нарушении равновесия можно еще заменить п и р на п0 и р0. Тогда для скорости поверхностной рекомбинации получаем
s — -~ — va„ap—-г—у-------------------------------”0+р° _к-г-, (8.5)
6п s + п1)+ар{р0е SJrPi)
Формула (8.5) в ряде случаев удовлетворительно описывает общий характер зависимости s от Ys. В частности, она показывает, в соответствии с экспериментальными данными, что s имеет максимум при некотором значении Ys = Ysm. Приравнивая нулю производную от знаменателя по Ys в формуле (8.5), находим
/ Ро V/*
------,п(-ЙГ-55-) • <8-6>
Определяя на опыте Ysm и зная отношение р0/п0 = пЦщ — = р%!п\ в объеме (которое легко измеряется), можно найти отношение коэффициентов захвата ар!ап для данного поверхностного уровня. А отсюда можно сделать заключенной о том, является ли данный уровень акцепторным или донорным. Действительно, так как захваты при наличии кулоновского притяжения обычно характеризуются большими значениями а, то значения ар/ап 1, скорее всего указывают на то, что возможные зарядные состояния уровня — отрицательное и нейтральное, а следовательно, уровень является акцепторным. Напротив, значения ар/ап 1 являются указанием на до-норный характер уровня.
Анализ данных по поверхностной рекомбинации показывает, что из всей совокупности поверхностных уровней только часть участвует в процессах рекомбинации. Остальные же уровни могут обмениваться носителями заряда только с одной из зон и являются «уровнями прилипания» для электронов или для дырок.
§ 9. Ток насыщения диодов
Поверхностная рекомбинация может сильно влиять на параметры полупроводниковых приборов с р — n-пёреходами. Поясним это на простейшем примере диода. Его мы будем представлять (как это часто делают практически) в виде тонкой пластинки полупроводника, для определенности n-типа, в которую вплавлена капля металла
346
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ состояния [ГЛ. X
(радиуса а), являющегося акцептором (рис. 10.23). Толщину пластинки 2А будем считать намного меньшей эффективной длины диффузии дырок Хр = VDpт. Здесь т — результирующее время жизни,
определяемое формулой (7.3а).
обеих поверхностях пластинки (рис. 10.23). Из формулы (5.4) следует, что с каждой единицы поверхности в единицу времени генерируется sp0 дырок. Поэтому дополнительный ток насыщения, обусловленный поверхностью, есть
В случае тонких пластинок т5 может быть значительно меньше тоб. Так, например, при s —103 см/с и А ~ 10~2 см мы имеем т, ~
— 10-5 с, в то время как тоб часто бывает в десятки раз больше. Поэтому в формуле (9.1) обычно можно считать, что ~ у"Dpxs. Тогда весь избыточный обратный ток определяется только свойствами поверхности. Оценки, в согласии с опытом, показывают, что избыточный ток i's в диодах с тонкой базой может быть намного больше тока насыщения, обусловленного генерацией носителей в объеме.
Так как s зависит от поверхностного потенциала Ks, то избыточный ток насыщения изменяется при изменении обработки поверхности и свойств окружающей среды.
Поверхностная рекомбинация существенно влияет на свойства и других полупроводниковых приборов, например на свойства транзисторов с р — «-переходами. А изменение состояния поверхности со временем приводит к нестабильности лараметров приборов. Поэтому надежная стабилизация поверхности и ее защита от внешних влияний является одной из важных задач технологии полупроводниковых приборов.
Как мы знаем (§ VIII. 1), обратный ток насыщения диодов образован тепловой генерацией неосновных носителей. Однако в данном случае это будут не только дырки, возникающие в объеме пластинки, но и дырки, генерируемые с поверхностных уровней на
Рис. 10.23. К вычислению тока насыщения диода при учете поверхностной рекомбинации.
is = esp0 [2л (Яр + а)2 — па2].
(9.1)
Глава XI
ФОТОЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ силы
§ 1. Роль неосновных носителей
При освещении полупроводника не только изменяется его электропроводность, но возникают также электродвижущие силы. Общая причина возникновения фотоэдс, по крайней мере в наиболее важных известных случаях, одна и та же и заключается в диффузии фотоэлектронов и фотодырок. Диффундируя от места своего возникновения, неравновесные носители заряда создают направленные потоки, что эквивалентно появлению сил некулонов-ского происхождения, или, иначе, «сторонних» сил.
