Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
соответствующем колебаниям между точками Аъ и В5. При этом в
тот момент, когда молекула находится в состоянии,
соответствующем точке Въ, электрон первого атома может без
затраты энергии перейти в возбуж
411
денное состояние, и, таким образом, энергия тепловых колебаний
перейдет в энергию термического возбуждения электрона
Однако переход, аналогичный представленному выше, не может
произойти под действием света. Мы уже упоминали, что такие
переходы происходят почти "мгновенно", т. е. за время, в течение
которого атомы практически не успевают сместиться,
следовательно, такие переходы должны изображаться на рис. 9.4
вертикальными линиями. Таким образом, энергия оптической
активации при абсолютном нуле будет соответствовать отрезку too
на рис. 9.4. При температуре, отличной от абсолютного нуля,
молекулы будут совершать тепловые колебания, например на уров-
не 1, и поэтому энергия оптической активации будет колебаться в
пределах от до б,(; этим объясняется температурное расширение
линий поглощения. Из представленной картины видно, что
оптическая энергия активации отличается от термической.
Представленную выше картину можно с небольшими
изменениями перенести на примесный атом в кристалле. Основное
отличие в данном случае заключается в том, что у примесного атома
даже только ближайших соседей будет не один, а много - число их
будет определяться координацией решетки. Однако несомненно то,
что и в этом случае равновесное расстояние до ближайших соседей
будет также определяться радиусом (а следовательно, состоянием)
примесного атома, и в возбужденном состоянии оно будет больше,
чем в нормальном. Поэтому если мы под г будем понимать среднее
расстояние до ближайших соседей (так называемый
"координационный радиус"), то проведенный выше качественный
анализ можно перенести на примесный атом в кристалле.
Собственная фотопроводимость. Эффекты, описанные выше,
могут явиться причиной для различия оптической и термической
энергии активации и при собственной фотопроводимости.
Как мы уже много раз говорили, электронные состояния атомов
в известной мере определяются периодическим потенциалом
решетки; справедливо и обратное утверждение: геометрическая и
кристаллохимическая структура решетки определяются
электронными волновыми функциями, Поэтому, если электрон
переходит под действием света из валентной зоны в свободную, то
атомы должны
dl2
в соответствии с этим как-то перестроиться, что будет
сопровождаться возвратом энергии.
Однако последний процесс требует времени. Поэтому на переход
электрона будет затрачена световая энергия, соответствующая
неизменной конфигурации атомов, а затем избыток ее
"возвратится" в виде тепловых колебаний атомов. В случае
термической ионизации эти процессы могут происходить
одновременно или в обратном порядке, т. е. тепловое движение
сначала создает благоприятную конфигурацию атомов, а затем
совершается электронный переход. Таким образом, и в случае
фотовыравнивания электрона из основной зоны величина
оптической энергии активации может быть больше термической.
Это различие наиболее ярко выражено в ионных кристаллах, где
изменение электронных состояний вызывает значительные
смещения ионов (ионную поляризацию).
Вторая причина различия оптической и термической энергий
активации может лежать в зонной структуре.
Если экстремумы зон не совпадают, то для прямых переходов
оптическая энергия активации будет больше термической. Для
непрямых переходов эти энергии могут быть приблизительно
одинаковы (см. рис. 9.1, б).
Наконец, третья причина различия Д#т и Д<^0 может
заключаться в наличии вырождения; этот случай проиллю-
стрирован на рис. 9.1, в и г.
РЕКОМБИНАЦИЯ ФОТОНОСИТЕЛЕЙ
Мы уже упоминали, что историю каждого фотоносителя можно
разбить на четыре основные периода:
1) рождение (генерацию)- этот процесс мы рассмотрели
выше;
2) время, в течение которого фотоноситель в результате
столкновений теряет избыточную энергию и приходит в тепловое
равновесие с решеткой; на этом вопросе мы также останавливались
и установили, что это время превышает примерно в 102-10(r) раз
время "упругой" релаксации, но обычно на много порядков меньше,
чем полное время пребывания в зоне;
3) самый длительный период жизни фотоносителя, в течение
которого он, смешавшись с темновыми носителями и ничем не
отличаясь от них (кроме своего происхождения), участвует во всех
явлениях переноса наравне
413
с ними. Этот период может прерываться более или менее длинными
периодами прилипания, что будет уменьшать эффективную
подвижность и коэффициент диффузии.
Следует, однако, подчеркнуть, что в течение всего этого периода
общая концентрация носителей превышает равновесную и
рекомбинация преобладает над тепловой генерацией. Поэтому с того
момента, как световая (или созданная другим путем) генерация
прекратится, концентрация носителей начинает спадать по тому
