Межзонные процессы рекомбинации и генерации.

Явление дрейфа и диффузии в полупроводниках.

На движение заряженных частиц влияют четыре основных фак­тора: температура, электрические и магнитные поля и градиент кон­центрации. Тепловое движение частиц в силу его хаотичности обуславливает лишь рассеяние потока частиц, однако на направленное движение не влияет.Рассмотрим процесс переноса электронов и дырок в условиях стационарной неравновесности при отсутствии магнитного поля.

При наличии градиента концентрации носителей зарядов возни­кает диффузионная составляющая плотности тока:

Отрицательный знак означает тот факт, что вектор плотности диффу­зионного тока направлен в сторону, противоположную градиенту концентрации дырок.

Если явления дрейфа и диффузии наблюдаются одновременно, то в этом случае для одномерной модели можно записать следующие со­отношения для плотности электронного и дырочного тока.

Между явлениями дрейфа и диффузии существует некото­рая связь, которая количественно определяется соотношением Эйнштейна.

Эффект Холла.

Эффект Холла возникает в полупроводнике, нахо­дящемся в постоянном магнитном поле.

; ; σ=σ₁+σ₂=σ_0c*e^(-∆E/k*T)+σ_oпр*e^(-∆E/k*T); ∆E_пр<<∆E

σ₁- собственная проводимость, σ₂- примесная проводимость.

1.4Неравновесные процессы в полупроводниках. Межзонные процессы рекомбинации и генерации. Математическая модель энергетических зон Кронига-Пенни.

Если нарушено состояние термодинамического равновесия, то n*p≠n_i².

Состояние неравномерности достигается под действием факторов приводящих к изменению концентрации носителей: механическое напряжение, свет, неоднородность нагрева, воздействие элементарными частицами, сильные электрические, магнитные поля, дефекты в структуре, разности потенциалов на контактах.

Межзонные процессы рекомбинации и генерации.

При движении носителей заряда происходит их столкновение. Электрон в результате столкновения с фононом займет место дырки – рекомбинация.

Генерация – процесс образования свободных носителей заряда …

- прямые процессы (межзонные)

- непрямые процессы.

1.5Непрямые процессы в объёме и на поверхности полупроводника в условиях динамической неравновесности. Квазиуровни и квазипотенциалы Ферми. Явление переноса. Основные уравнения полупроводников.

Имеют место во всех случаях, когда структура решетки мешают атомы. Центры рекомбинации при процессах, размещенных в зоне проводимости. E_t=E_i– глубокий центр (золото, палладий, платина в кач-ве примесей).

Возможные переходы:

- эмиссия электрона занятым центром.

- захват электрона незанятым центром.

- эмиссия дырки незанятым центром.

- захват дырки занятым центром.

Центры, удаленные от E_iмалоэффективны, так как увеличивается вероятность захвата одного знакадругим.

Рассмотрим примесь, создан уровень E_t, N_t–концентрация центров рекомбинации, f_t– вероятность, что центр занят электроном.

N_t*f_t– занят; N_t*(1-f_t) – незанят.

 ; – скорость эмиссии.

Если система возбуждена в результате некоторого внешнего возбуждения, то истинные скорости процессов оказываются одинаковыми.

Свойства времени жизни неосновных носителей заряда:

- зависит от концентрации примесных атомов. Чем выше концентрация, тем меньше время жизни.

- зависит от концентрации примесных глубоких уровней.

- с повышением температуры время жизни растет.

Квазиуровень Ферми— энергия, используемая в квантовой механикеи, особенно в физике твёрдого тела при описании изменения концентрации носителей заряда, которые вызваны приложением внешнего потенциала к полупроводнику.

Когда полупроводник находится в состоянии термодинамического равновесия, тогда функция распределения электронов на энергетических уровнях описывается распределением Ферми-Дирака. В этом случае уровень Ферми определяется как уровень, где вероятность нахождения электрона равна 1/2.

В случае отсутствия токов и внешнего освещения, то есть в термодинамическом равновесии, квазиуровни электронов и дырок совпадают.