Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
на"обработанных разными способами поверхностях германия и был сделан
вывод о частично диффузном характере рассеяния электронов и дырок в слоях
обогащения.
dAo
dQmJ
V.J, А
я^О-оО --|
Рис.2.7. Зависимости подвижности эффекта поля от частоты для
монополярного (1) и биполярного (2) эффекта поля
*) В прямозонных полупроводниках с Тд* < т r < ys процесс рекомбинации
неравновесных электронов и дырок в объеме пройдет до заряжения быстрых
ПЭС - см пунктир на рис.2.6,б.
Процессы электронного переноса в областях пространственного заряда.
61
Подвижность эффекта поля на более низких частотах (со < хр 1) зависит от
поверхностного потенциала, плотности ПЭС и их энергетического спектра, а
также времен перезарядки ПЭС.
2.5. Фотопроводимость ограниченных кристаллов
2.5.1. Общие представления. Увеличение проводимости кристалла при
освещении - фотопроводимость - складывается из объемной и поверхностной
составляющих. Объемная фотопроводимость - это дополнительная проводимость
электронейтрального объема при освещении кристалла, которая может быть
как биполярной -
если прилипание в объеме отсутствует (Ап0 = Ар0) , так и
монопо-
лярной, если носители заряда одного знака быстро захватываются и не
принимают участия в процессах переноса. Поверхностная фотопроводимость в
общем случае состоит из двух частей - биполярной и монополярной. Их
происхождение точно такое же, как и поверхностной фотоэдс - первая
возникает из-за разделения в поле ОПЗ электронов и дырок, генерируемых
светом, вторая - благодаря появлению в ОПЗ носителей заряда только одного
знака (носители другого знака захватываются на ПЭС).
Относительная роль различных составляющих фотопроводимости зависит от
соотношения глубины поглощения света, диффузионной длины Lrf,y , ширины
ОПЗ L0 и толщины кристалла d. Глубина поглощения da определяется
величиной коэффициента поглощения (da = or1); в полосе собственного
поглощения а достигает 105-106 см-1 и быстро уменьшается на краю
фундаментальной полосы до значений а < 1 см-1. При меньших энергиях
квантов может наблюдаться примесное поглощение, обусловленное
индуцированными светом переходами между центрами захвата и разрешенными
зонами. С примесным поглощением на поверхности обычно связана
монополярная фотопроводимость ОПЗ, типичные спектральные зависимости
которой приведены на рис.2.8.
Биполярная фотопроводимость ОПЗ наблюдается в кристаллах с короткой
диффузионной длиной (Ljif < L0) в полосе собственного поглощения при da<
L0. В тех случаях, когда L^f" L0, основ-
Рис.2.8. Спектральные зависимости монополярной фотопроводимости реальной
поверхности кремния в исходном состоянии (1) и после легирования
палладием из раствора с концентрацией 1(Г7 (2), 10"6 (3) и 1(Г5
моль/л (4) [5]
62
Глава 2
ную роль обычно играет объемная биполярная фотопроводимость, независимо
от глубины поглощения света.
2.5.2. Спектральная зависимость фотопроводимости. В условиях
стационарного освещения кристалла с пренебрежимо малым темпом
поверхностной рекомбинации его объемная биполярная фотопроводимость равна
Дс0 = ANhv т0 , (2.14)
где /V/д. - количество поглощаемых в единице объема и в единицу времени
световых квантов, А - коэффициент, зависящий от подвижности свободных
носителей заряда и квантового выхода, х0 - время жизни неравновесных
носителей заряда в объеме кристалла. При ?? < hv < 3Eg величина
квантового выхода обычно близка к единице.
Предположим теперь, что темп поверхностной рекомбинации отличен от нуля.
Сначала будем считать, что коэффициент поглощения света велик, так что dn
" a d > L0 (толстый кристалл). В этом случае вместо объемного времени
жизни в (2.14) следует подставить некоторое эффективное время тф
учитывающее рекомбинацию неравновесных носителей заряда на поверхности.
Поскольку процессы поверхностной и объемной рекомбинации независимы
1 / т = I / т0 + 1 / т s , (2.15)
где - время, характеризующее поверхностную рекомбинацию. Величину т5
можно определить как время, необходимое для того, чтобы движущийся к
поверхностному центру рекомбинации со скоростью S носитель прошел
расстояние L^f*). Тогда xs = Z, /S и из
(2.15) следует
При уменьшении энергии световых квантов постепенно растет толщина слоя, в
котором происходит генерация электроннодырочных пар. Соответственно,
увеличивается среднее расстояние между генерируемыми носителями и
поверхностными центрами, в результате затрудняется процесс поверхностной
рекомбинации. В пределе очень низких энергий квантов (du > L^f)
значительная часть неравновесных носителей вообще не может достичь
поверхности. В общем случае при da < нужно ввести поправочный коэффициент
*) Величина 5 называется скоростью поверхностной рекомбинации. Более
подробно мы обсудим этот параметр в разделе 3.7.
Процессы олекпцюшюго переноса в областях пространственного заряда.
63
к величине фотопроводимости, учитывающий конечную скорость диффузии
носителей через слой da
Да0 = ANhv ief{\ + S/x>dif), (2.17)
