Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
Само собой разумеется, что изучение рекомбинационных процессов лежит в основе исследования не только фотопроводимости, но и люминесценции, а также механизма явлений во многих полупроводниковых приборах. Таким образом, должны быть рассмотрены как изоляторы, так п полупроводники, Часто анализ рекомбинационных процессов для изоляторов удается провести в более общей форме, из которой как частный случай получается решение для полупроводников.
Анализируемые ниже рекомбинационные модели были выбраны как наиболее характерные из большого числа экспериментальных данных, полученных на фоточувствительных изоляторах и полупроводниках.
ИЗОЛЯТОРЫ
Фотопроводпики часто используются Для детектирования излучения малой интенсивности. В соответствии с этим желательно свести К MI!IIUMJ Mj темно 24
вую проводимость. Поэтому большой интерес проявляется к фотопроводпикам, изготовленным из относительно высокоомных материалов.
Мы будем считать изоляторами такие вещества, в которых концентрация темновых носителей пренебрежимо мала по сравнению с концентрацией неравновесных носителей, возбужденных светом При комнатной температуре это означает, что ширина запрещенной зоны должна превышать 1,5 за. При более низких температурах ширина запрещенной зоны может бьць соответственно уменьшена. Однако не следует думать, что наличие большой ширины запрещенной зоны достаточно для того, чтобы вещество являлось изолятором. Необходимо, кроме того, потребовать, чтобы расстояние уровня Ферми от ближайшего края запрещенной зоны превосходило 0,75 эв. Концентрация но сителей, соответствующая такому положению уровня Ферми, составляет примерно 10е елг3 при комнатной температуре.
Ниже рассматривается серия моделей, последовательно приближаюшихся к случаю реального изолятора со сложной системой локальных состояний в запрещенной зоне. В первых шести параграфах устанавливаются следующие основные положения: 1) времена жизни электронов и дырок в общем случае независимы друг от друга; 2) эти времена приблизительно одинаковы в условиях сильного освещения или в очень чистом материале (например, в материалах. из когорых изготовляют транзисторы); 3) время жизни определяется уровнями рекомбинации, а пре ми фотоответа определяется как уровнями рекомбинации, так и уровнями прилипания1); 4) разделение на уровни прилипания и уровни рекомбинации зависит в основном от статистики рекомбинационных процессов и может изменяться с температурой и уровнем
1) Автор использует терминологию, в которой локальные центры подразделяются на лде^шкк (traps) к центри рекомбинации При переводе MM в соответствии с терминологией, установившейся в о і ечественжнї лите рагуре. ік полі.зова ти термины «центры (VpOnilH) ирц-ІШіЯННИ» н «цешры (уровни) рекомбинации» — Прим. ред. Рекомбинация
25
возбуждения; 5) корреляция между температурными зависимостями темновон проводимости и фотопроводимости отсутствует (или имеется лишь очень ела-
§ I. Один тип центров рекомбинации. Низкая интенсивность света (й, р < пг, рг)
Рассмотрим схему, в которой имеются локальные уровни рекомбинации одного типа, расположенные вблизи уровня Ферми (фиг. 3). Для определенности
• Фиг. 3. Энергетическая схема фотолроводника с одним типом центров рекомбинации при низкой интенсивности снега («, р < я,, рг).
будем считать, что концентрация центров рекомбинации равна IO'6 см-3. Кроме того, введем обозначения: рг—концентрация пустых мест на уровнях рекомбинации, пг— концентрация заполненных электронами центров рекомбинации, s„— сечение захвата свобод-ного электрона на пустой уровень, Sp — сечение захвата свободной дырки электроном, находящимся на уровне рекомбинации. Пусть фогопроводник освещается светом из области собственного поглощения. Обозначим через f объемную скорость генерации свободных электронов и дырок. Предположим также, что концентрации возбужденных светом носителей п н р малы по сравнению с пг н рг.
п -- гтп
f 28 . Глава З
равномерно по всем уровням рекомбинации. После прекращения освещения и последующего спада основной доли фототока распределение электронов по центрам рекомбинации остается более «горячим» (соответствующим более высокой эффективной температуре), чем равновесное окружение. Это и продолжает обеспечивать протекание малого тока до тех пор, пока распределение не станет термически равновесным за счет процессов термического возбуждения в свободные зоны и последующего повторного захвата.
Уровни яг и рг называются уровнями рекомбинации, так как свободный электрон, захваченный на уровень рг (который при этом становится уровнем пг), захватывает свободную дырку раньше, чем он будет термически возбужден в зону проводимости. Точно так же свободная дырка, захваченная на уровень пг (который при этом становится уровнем рг), захватывает свободный электрон раньше, чем она будет термически возбуждена в валентную зону. Заметим, что если даже для отдельного центра полный акт рекомбинации является двухступенчатым процессом, так как первым захватывается электрон, а потом дырка (или наоборот), то для свободных электронов и дырок вероятности их рекомбинации статистически независимы и, следовательно, независимы п времена жизни электронов и дырок.
