Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зи С. -> "Физика полупроводниковых приборов Книга 1" -> 13

Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов Книга 1 — М.: Мир, 1984. — 456 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikovihpriborov11984.djvu
Предыдущая << 1 .. 7 8 9 10 11 12 < 13 > 14 15 16 17 18 19 .. 142 >> Следующая

моноэиергегиЧеский уровейь; в
рекомбинация через рекомбинация с участием двух уровней [43].
На рис. 24, б показана рекомбинация через дискретный энергетический
уровень, расположенный в запрещенной зоне полупроводника, а на рис. 24, в
- рекомбинация с участием двух таких дискретных уровней. При рекомбинации
через дискретный уровень на это состояние захватывается электрон, а затем
дырка. Кроме того, при расчете результирующего темпа такой рекомби-
Физика и свойства полупроводников
43
нации U (см-8'С-1) необходимо принять во внимание и обратные процессы
эмиссии электрона и дырки с уровня в зоны. Согласно теории Шокли-Рида-
Холла [43-451,
и== _______ayanVth (Рп~пЪ Nt________________________
п + Щ exp ( Ej-pp Ei ) + Op р + "г exp (- E'kT El )
(58)
где ор и оп - сечения захвата электрона и дырки; vth - тепловая скорость
носителей, равная Y3kT/m* ; Д/{ - концентрация ловушек; Et - уровень
ловушек; щ - собственная концентрация носителей; Ei - собственный уровень
Ферми. Очевидно, что при тепловом равновесии рп = rij и U - 0. Полагая
для простоты оп - ор - о, вместо выражения (58) будем иметь
U = avtkNt----------pn~fT- . (59)
n + P+2nich(3^)
Из этого выражения видно, что темп рекомбинации максимален в том случае,
когда рекомбинационный уровень" расположен вблизи середины запрещенной
зоны (Et *=" Ei). Именно такие ловушки будут наиболее эффективными
рекомбинационными центрами.
При малых уровнях инжекции, т. е. когда концентрация инжектированных
носителей (Ап = Ар) много меньше концентрации основных носителей,
рекомбинационный процесс можно описывать приближенным выражением
U = Рп-Рт , (60)

где рпо - равновесная концентрация неосновных носителей, рп = = рп0 + Ар,
хр - время жизни неосновных носителей. В случае полупроводника п-типа,
где п ^ пп0 > nt и рп, разлагая выражение (58) по Ар/п, получим
U = opvtnNt(pn - рп0). (61)
Следовательно, время жизни неосновных носителей (дырок)
в полупроводнике п-типа
= f62"
Аналогично в полупроводнике p-типа время жизни электронов
'*=мЛ' (63)
44
Глава 1
На многоуровневых ловушках рекомбинационный процесс в общем случае
происходит аналогично. Конечно, имеются определенные количественные
различия, особенно при высоких уровнях инжекции (когда величина Ап = Ар-
порядка концентрации основных носителей), когда результирующее время
жизни асимптотически стремится к среднему по всем (положительно
заряженным, отрицательно заряженным и нейтральным) уровням ловушки.
Справедливость соотношений (62) и (63) проверена экспериментально при
диффузионном введении в материал дополнительных примесей с энергией
уровня вблизи середины запрещенной зоны (рис. 13). Согласно изложенному
выше, такие примеси являются эффективными рекомбинационными центрами.
Типичным примером служит золото в кремнии [29], где время жизни
неосновных носителей уменьшалось обратно пропорционально концентрации
введенного золота от 2-10'7 до 2-1(Г10 с при увеличении концентрации от
1014 до 1017 см-3. Этот .эффект используется при изготовлении некоторых
быстродействующих переключателей, где необходимы малые времена жизни, В
качестве другого способа уменьшения времени жизни неосновных носителей
используется облучение полупроводников частицами высоких энергий, которое
вызывает смещение атомов из их равновесных положений в решетке и создает
другие дефекты кристаллической структуры полупроводника. При этом
образуются глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника. Так,
например, при электронном облучении кремния возникают акцепторные уровни
с энергией 0,4 эВ выше потолка валентной зоны и донорные уровни, лежащие
на 0,36 эВ ниже края зоны проводимости [181. При облучении нейтронами в
Si возникает акцепторный уровень 0,56 эВ, а облучение дейтерием дает
промежуточное состояние с энергией 0,25 эВ над краем валентной зоны.
Аналогичные результаты получаются при радиационных воздействиях на Ge,
GaAs и другие полупроводники. Отметим, что в отличие от рекомбинационных
центров, введенных в полупроводник диффузией, радиационные
рекомбинационные центры отжигаются при сравнительно низких температурах.
Для экспериментального определения времени жизни неосновных носителей
обычно используют измерения фотопроводимости (ФП) [46], или
фотоэлектромагнитный эффект (ФЭМ) [47]. Плотность добавочного фототока
Jфп, возникающего при освещении полупроводника, равна
Лм] = <7(Mn + Fp)A^" (64)
где If - продольное электрическое поле, приложенное к образцу; Ап -
концентрация фотовозбужденных носителей, равная произведению темпа
оптической генерации электронно-дырочных
Физика и свойства полупроводников
45
пар G на время жизни т (Ап = Gt). Таким образом, время жизни носителей
можно определить с помощью соотношения
т = = -г гФТ\_-фП" (65)
G G&q (|ХП + цр) ФП ' '
Экспериментальная схема, используемая при определении т по
фотопроводимости, рассмотрена в разд. 1.7. При фотоэлектро-магнитном
эффекте измеряют ток короткого замыкания, который появляется в освещенном
Предыдущая << 1 .. 7 8 9 10 11 12 < 13 > 14 15 16 17 18 19 .. 142 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed