Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
разрешенными зонами хр. В качестве ориентировочных значений примем при
комнатной температуре хр = 10~7- 10~5с.
в) Рекомбинационно-генерационные процессы в объеме и на поверхности в
большинстве случаев протекают с участием глубоких уровней - см. раздел
3.6. Темп рекомбинации и генерации через глубокие уровни ограничивается
самой медленной стадией процесса, поэтому время жизни неравновесных
электронно-дырочных пар хг обычно на 2-3 порядка больше тр.
Ориентировочно можно принять, что при комнатной температуре xr = 10-4- 10
2 с. Для прямозонных полупроводников, например, соединений AIUBV время
излучатель-ной рекомбинации х'г зона-зона может быть меньше тр.
г) Захват на медленные ПЭС. Медленные состояния формально можно
охарактеризовать достаточно большими временами обмена зарядами с
разрешенными зонами xss = 1СГ1 -104 с и более. Существенно, что на
реальных поверхностях полупроводников плотность медленных состояний
обычно весьма велика - Nss = 1013-1014 см'2.
2.4.3. Релаксационные процессы в эффекте поля. Проследим, как
изменяется со временем проводимость кристалла после включения
управляющего напряжения Vg - рис.2.6. Будем считать, что кристалл я-типа,
а на его поверхности имеется обогащенный слой. Сразу после подачи
напряжения V% > 0 в кристалл из контакта вхо-
4 4
Рис.2.5. Принцип измерения эффекта поля. 1 - исследуемый кристалл; 2
- металлический
электрод; 3 - слой изолятора; 4 - контакты для измерения проводимости
Процессы электронного переноса в областях пространственного заряди.
59
дит заряд Qin(/ = ~C/Vg = -qNj"(/, где С/ - емкость полевого
конденсатора, TV,,,,/ - количество вошедших в кристалл электронов. За
время тд/ эти электроны перемещаются в ОПЗ и кристалл в объеме становится
электронейтральным; проводимость кристалла увеличивается на Да, = <7
\insNimi - рис.2.6,о. Далее постепенно устанавливается равновесие между
ОПЗ и ПЭС - сначала быстрыми, а затем медленными. Вследствие захвата
части свободных электронов на ПЭС проводимость кристалла уменьшается:
Дс*2 = <7Рт-^нн/(,_аК
Да:, = 9Hn.sAr/,"/(i-a'-р) - здесь а и (3 - доля электронов, захваченных
быстрыми и медленными ПЭС, соответственно; а' - величина а после того,
как установится равновесное заполнение медленных состояний. Рассмотренный
вариант эффекта поля называют моно-полярным, поскольку в нем участвуют
носители заряда только одного знака - в данном случае электроны.
Соответственно, генерационно-рекомбинационные процессы в монополярном
эффекте поля не участвуют.
Предположим теперь, что на поверхности кристалла я-типа имеется слой
сильной инверсии (рис.2.6,6). Как и в предыдущем случае, после включения
напряжения Vg > 0 в кристалл за время тд/ войдут электронов; но теперь
эти электроны не смогут проникнуть в ОПЗ, так как этому препятствует
электрическое поле (энергетические зоны изогнуты вверх). Для того, чтобы
в объеме установилась электронейтральность, из ОПЗ выталкивается такое же
количество {N¦,"<]) дырок. В итоге через время тд/ электропроводность
кристалла возрастет на да( =qNinci(\xn + \хр -nps)- Так как число дырок в
ОПЗ уменьшилось на Njn^, равновесие между ПЭС и ОПЗ нарушается, и часть
захваченных на быстрые ПЭС дырок переходит в ОПЗ. При этом проводимость
кристалла несколько возрастет:
Да) = [(ц" + Цр)--")] -
Неравновесные электронно-дырочные пары в объеме рекомбинируют через время
хг, после чего установится проводимость, которая меньше
Дст
Рис.2.6. Зависимости проводимости кристалла //-типа от времени после
подачи положительного управляющего напряжения на полевой электрод. Тип
ОПЗ: а) обогащение. о) инверсия. Пунктиром показана кривая,
соответствующая прямозонному полупроводнику Т г < Т/у
60
Глава 2
исходной на дс'} =qNmt/n (1-а)*У Затем начнут переходить в ОПЗ
захваченные на медленные ПЭС дырки и проводимость снова несколько
увеличится: да'} = -qNM\i (1 - а' - р). Таким образом, в биполярном
варианте эффекта поля отклонение проводимости от равновесного значения в
процессе релаксации меняет знак.
2.4.4. Подвижность эффекта поля. Вклад индуцированных в кристалле
поперечным электрическим полем носителей заряда в проводимость часто
характеризуют подвижностью эффекта поля
В зависимости от условий измерения, величина может быть как меньше, так и
больше \хт (или рр5); знак может быть как положительным, так и
отрицательным.
Зависимости подвижности эффекта поля от частоты измерительного сигнала оз
для монополярного и биполярного эффекта поля
показаны на рис.2.7. Легко видеть, что информация об эффективных
поверхностных подвижностях свободных носителей в ОПЗ может быть получена
только в том случае, когда т//1 " оз " тдУ1. В импульсном режиме это
соответствует длительности импульсов управляющего напряжения тм" Ыр "
для приведенных выше (п.2.4.1) численных
оценок получаем Ю"10с << Atp " 10"7с. Второе неравенство можно сделать
менее жестким, если проводить измерения при пониженных температурах (<
80К), когда т/$ > 10"6с. Эксперименты такого рода проводились
