Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
где = da/xej = D.'da , D - коэффициент амбиполярной диффузии. При большой
скорости диффузионного прохождения слоя da, т е. при 5 " о,/,if мы
возвращаемся к рассмотренному ранее случаю. Комбинируя соотношения
(2.14), (2.16) и (2.17), получаем
До0 = A ](l + Дсг'/о), (2.18)
где А\ = ANx0(l + Sx0/L<f,fy Спектральная зависимость стационарной
фотопроводимости определяется последним членом в
(2.18). В области очень малых коэффициентов поглощения фотопроводимость
ничтожна из-за малого числа поглощаемых в кристалле квантов N/1V. С
другой стороны, в области собственного поглощения из-за малой величины а1
при любых разумных величинах скорости поверхностной рекомбинации 5а"1 " О
и последний сомножитель в (2.18) равен единице. На краю полосы
собственного поглощения при а <
S/D поправочный множитель в
(2.18) может быть значительно больше единицы, что соответствует появлению
максимума на спектральной зависимости стационарной фотопроводимости.
Например, при D = 20 см2/с и 5 = 103 см/с такой максимум будет
наблюдаться при а < 50 см"1. С увеличением скорости рекомбинации максимум
фотопроводимости смещается в область больших а. Максимумы стационарной
фотопроводимости на краю фундаментальной полосы поглощения
регистрировались для ряда полупроводников - германия, кремния, GaAs и др.
- см., например, рис.2.9.
Из соотношения (2.18) следует, что функция да^сс"1 j в области
длинноволнового спада фотопроводимости представляет собой прямую линию,
продолжение которой пересекает ось абсцисс в точке а"1 = -D / 5. На этом
основан один из методов определения ско-
мкм
Рис.2.9. Зависимость биполярной фотопроводимости InSb от длины волны
падающего света. Температура измерений 15 (1), 27 (2) и 59К (3) [6]
64
Глава 2
рости поверхностной рекомбинации; упрощенный вариант этого метода состоит
в измерении фотопроводимости всего при двух значениях энергии квантов
(уравнение (2.18) содержит две неизвестных величины: А\ и Д/5). В
материалах с большой вероятностью излуча-тельной рекомбинации (например,
GaAs) величина 5 аналогичным образом может быть получена из спектров
возбуждения объемной фотолюминесценции, интенсивность которой, как и
величина биполярной фотопороводимости, пропорциональна концентрации
неравновесных носителей заряда в объеме.
2.6. Некоторые гальваномагнитные явления
2.6.1. Эффект Холла. Эффект Холла состоит в том, что при протекании
электрического тока / по проводнику, помещенному в поперечное магнитное
поле с индукцией В, возникает электрическое
поле, направленное перпендикулярно / и В. Этот эффект широко используется
для изучения процессов переноса носителей заряда в металлах и
полупроводниках. Информация о специфике гальвано-магнитных явлений в
приповерхностных областях проводящих материалов может быть получена из
экспериментов, проведенных на тонких кристаллах или пленках. Однако
анализ экспериментальных данных с целью выделения поверх-Рис.2.10.
Принцип измерения ЭДС ностных эффектов на фоне объем-Холла в инверсионных
каналах. т
ных весьма трудоемок и часто не
обеспечивает достаточной точности. Обычно такой анализ проводится на базе
феноменологической модели поверхностного рассеяния, рассмотренной в
разделе 2.3.1.
Более полные сведения об особенностях приповерхностного переноса заряда в
полупроводниках получают при исследовании эффекта Холла в слоях сильной
инверсии, электрически "изолированных" от объема слоем истощения
(инверсионных каналах). Схема измерений методом эдс Холла иллюстрируется
на рис. 2.10. Далее для определенности рассмотрим инверсионный л-канал
шириной а и длиной / на поверхности р-полупроводника, который создается
приложением положительного напряжения к металлическому электроду
(затвору),
а) продольное сечение, б) вид сверху. 1 - подложка р-типа, 2, 2' -
контакты я-типа для пропускания тока через канал; 3 - слой диэлектрика; 4
- металлический затвор; 5, 5' - контакты n-типа для измерения холловской
разности потенциалов
Процессы электронного переноси в об.мстях пространственного заряда.
65
отделенному от полупроводника тонким слоем изолятора. После включения
магнитного поля В, направленного перпендикулярно поверхности, на
движущиеся вдоль канала с дрейфовой скоростью vq электроны начинает
действовать сила Лоренца, отклоняющая их к боковой грани. После
установления стационарного режима протекания тока сила Лоренца
уравновешивается противоположно направленной электростатической силой
qvtlB = qV"/a¦ (2 '9)
где УИ - холловское напряжение между контактами 5 и 5' на
рис.2.10. Подчеркнем, что соотношение (2.19) справедливо при условии
однородности электрического поля в канале, которое выполняется, если / >
За. Если тянущее электрическое поле в канале однородно, то = ц Vd j/ ,
где Erf - напряжение между контактами 2 и 2'. При этом из (2.19)
следует
" J- Z/L • (2.20)
ц'" и Vd В
Величина тока, протекающего через инверсионный канат, равна
J = у GsV(l = у (2.21)
и из соотношений (2.20) и (2.21) следус
