Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
вероятен, чем захват дырки, и он (электрон) будет очень долго
"ожидать" своего партнера и может даже случиться, что при очеред-
ной тепловой флюктуации будет заброшен обратно в зону и лишь
после многократного повторения этих процессов, наконец, свалится
в заполненную зону.
В тех случаях, когда обратный заброс более вероятен, чем
рекомбинация, соответствующие уровни называются уровнями
прилипания для электрона (или дырки). Вероятность захвата
носителя зависит также от заряда примесного атома. Для
нейтральной примеси при прочих равных условиях эти вероятности
одинаковы, для положительного иона более вероятен захват
электрона, для отрицательного - дырки.
Так как зарядовое состояние и степень заполнения примесных
центров зависит от положения уровня Ферми,
105
а следовательно, и от температуры, то эти факторы также
существенно влияют на время жизни дырок и электронов.
При больших интенсивностях света степень заполнения
различных уровней, а следовательно, и вероятность рекомбинации
носителей начинают зависеть от числа поглощенных квантов, т. е.
от интенсивности и времени.
В глубоко легированных полупроводниках, а также при
высоком уровне освещенности решающую роль начинает играть
так называемая ударная рекомбинация. При ударной рекомбинации
освободившаяся энергия передается второму (свободному)
электрону.
КВАНТОВЫЙ выход
Квантовым выходом называется отношение числа фотоэлектронов
g к общему числу поглощенных квантов N:
п = ?. (1-167)
Выше было рассмотрено несколько путей создания (генерации)
фотоносителей. Все механизмы поглощения света, приводящие к
появлению свободных электронов, называются фотоактивными и
если бы других механизмов поглощения света не было, то
квантовый выход всегда был бы равен единице *>.
Однако существует целый ряд возможностей поглощения света,
не приводящих (по крайней мере непосредственно) к образованию
фотоносителей: поглощение света, связанное с возбуждением
экситонов (см. ниже), примесных атомов, ионных колебаний, и
поглощение свободными электронами. Наличие этих процессов
приводит к тому, что в большинстве случаев квантовый выход
много меньше единицы. Есть, впрочем, случаи, когда каждый
квант, обладая большой энергией, освобождает не один, а несколько
электронов; при этих условиях квантовый выход может быть и
больше единицы. Это имеет место при облучении полупро-
водникового материала ультрафиолетовым светом или еще более
жесткими излучениями, т. е. тогда, когда энергия кванта
достаточно велика, чтобы не только вырвать электрон из
заполненной зоны, но и придать ему такую кинетическую энергию,
чтобы при последующих столкновениях вызвать еще один или
несколько актов ионизаций.
*) Или больше единицы в тех случаях, когда энергия кванта достаточна,
чтобы создать несколько фотоэлектронов.
106
СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ и
СПЕКТРАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Спектральное распределение фоточувствительности теснейшим
образом связано со спектром поглощения полупроводника, который
схематически представлен на рис. 1.30, а (подробнее о спектрах
поглощения см. гл. 9). Как видно из рисунка, весь спектр можно
разбить на две части: так
б)
Рис. 1.30. Схема спектра поглощения полупроводника (а) и спектральное
распределение фоточувствительности (б):
/ - полоса собственного поглощения (межзонные подходы); 2 - поглощение,
обусловленное ионизацией примесных уровней (2 б, в, г - поглощение, обусловленное
возбуждением примесных уровней); 3 - поглощение свободным электроном.
называемую полосу собственного поглощения (с - d), непо-
средственно связанного с межзонными переходами, где
коэффициент поглощения достигает очень больших значений К =
104-г- 10" см-1 *'> и область прозрачности (правее d), в которой
поглощение сравнительно мало и обусловлено наличием примесей и
свободных носителей.
*) Так как интенсивность света убывает по закону / ¦= /0еих, то это
значит, что свет практически полностью поглощается на глубине Ю-4-10-(r)
см.
107
При низких температурах и при исследованиях спектрометрами
с большой разрешающей силой иногда обнаруживается сложная
структура края полосы собственного поглощения, т. е. здесь
появляется ряд более или менее ярко выраженных дискретных
линий. В полупроводниках нестехиометрического состава, а также
при наличии примесей и дефектов в полосе прозрачности
появляются дополнительные линии примесного поглощения (рис.
1.30, а, кривые 2), имеющие более или менее ярко выраженную
куполообразную форму.
Наконец, в полупроводниках с большой проводимостью и
тонкая структура края полосы поглощения, и примесные линии
исчезают и в то же время появляется большой фон - заметное
поглощение, растущее в сторону длинных волн (рис. 1.30, а, кривая
3).
Межзонные переходы. В чистом полупроводнике поглощение
света и фотопроводимость связаны с перебросом электрона из
заполненной зоны в свободную. Красная граница полосы
