Зонные структуры примесных п/п

Рассмотрим донорную примесь. Введем 5 мышьяк.

Донор- это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электрон и способный в возбужденном состоянии передать электрон в запрещенную зону.

- энергия ионизации доноров. Энергия ионизации доноров - min энергия, которую нужно сообщить электрону находящимся на уровне донора, чтобы переместить его в зону проводимости, т.к. , то при комнатной температуре число свободных электронов, воъникших в результате ионизации доноров примеси значительно больше электроны появляются в следствии тепловой генер-ции.

Энергия ионизации акцепторов -min энергия,которую нужно сообщить электрону для перевода его на акцепторный уровень. .

Ловушки. Сущест-ют примеси,у которых эн.уровни расположены в середине запрещ.зоны=>обеспечивается генерация и рекомбинация носителей. Такие уровни назыв-ся генерационно-комбинационным центром,их наличие влияет на время жизни. Сущест –ют примеси эн.уровни,у которых расположены в верхней ли бо в нижней четверти запрещенной части. В отличии от генерационно-комбинационных центров они захватывают носителей из ближней зоны только на время, затем отдают в ту же зону откуда взяли- эти уровни на некоторое время “вводят из игры” носителей, что сказывается на время жизни носителей такие ловушки назыв – ловушки захвата.

Если концентрация ловушки велика и время нахождения носителей в ловушке велико, то эффективное время жизни будет отлич-ся от норм-ого, т.к. носитель в течении некоторого времени не сможет рекомбинировать.

Механизмы рекомбинации.

П роцесс превращения свободного электрона в связанный- рекомбинация

П ри рекомбинации происходит переход электрона из зоны проводимости в В.З., с выделением энергии ∆Ез.

Рекомбинация происходит из З.П. в В.З.(непосредственная межзонная рекомбинация) или через ловушки(ступенчатая)

Межзонная непосредственная рекомбинация- совершается при взаимодействии электрона и дырки.

Полупроводник р-типа:электроны З.П, встречаются с ловушкой, захватываются ею и исчезает как подвижный Н.З., перейдя на уровень ловушек-медленный процесс, т.к. концентрация электронов очень мала.

Если с заполненной ловушкой встречается дырка, то происходит захват дырки, что соответствует переходу электрона с уровня ловушки в В.З.-быстрый процесс, т.к. концентрация дырок велика.При рекомбинации соблюдается закон сохранения импульса.

Излучательная рекомбинация: происходит выделение энергии в виде фотона с частотой ν=Ез/h.Излучение возможно когда импульс электрона и дырки до рекомбинации имеют одинаковые величины но противоположные направления, т.к. импульс фотона меньше импульса электрона или дырки.

Безызлучательная рекомбинация. Происходит в Si, Ge в которых зависимости энергии от импульса электронов и дырок не совпадает между собой.

Ступенчатая рекомбинация через ловушки-энергия отдается с ∆Ез/2 а число фононов уменьшается на несколько порядков.

С ростом Т время τ увеличивается из за уменьшения вероятности захвата ловушками вследствие увеличения скоростей.

Неравновесные носители. Под влиянием внешних воздействий концентрация свободных Н.З. может превысит равновесную.Неравновесные Н.З могут возникать:

1)под действием внешнего электромагнитного излучения вызывающих переброс электрона из В.З. в З.П.

2)под действием ударной ионизации электроны и дырки ускоряясь в сильном электрическом поле и соударяясь с атомами, вызываю их ионизацию и рождение новой электронно-дырочной пары.

3)В результате инжекции Н.З. из одной области п/проводника в другую

Время диэлектрической релаксации τ( индекс ε)=ρεε0

В течении времени превышающем τ( индекс ε) избыточные концентрации электронов и дырок одинаковы.Их рассасывание происходит в условиях квазинейтральности. Т.Е. будет происходить рекомбинация в бывшей области возмущения. время жизни электронов и дырок- τ(индекс n),τ(индекс р)>>τ ( индекс ε)

Если избыточные концентрации малы по сравнению с равновесными, то изменение избыточной концентрации описывается уравнением генерации-рекомбинации:

_τ(индекс р)-время жизни неравновесных, неосновных носителей= среднему времени от момента появления неравновесного Н.З. до его рекомбинации

G-скорость генерации, задаваемый внешним воздействием = числу неравновесных носителей возникших в единицу времени в единицу обьема.

 

-скорость рекомбинации неравновесных носителей= количеству рекомбинированных носителей в единицу времени в единицу объема.