Lab n3 измерване на времето на живот на nonequilibrium превозвачи такса

Цел: Запознаване с метода за измерване на живота на nonequilibrium превозвачи такса. време на измерване на живот nonequilibrium носители в проби полупроводникови силиций.

1. неравновесен носители на заряд в P / N, и техните параметри.

Едно от необходимите условия за появата на електрически ток в полупроводниковия материал е съществуването на електроните в проводимата зона или дупки - в валентната зона. Тъй като състоянието на един електрон в проводимата зона на по-достъпно свободни долния слой е енергично неблагоприятно, а след това на електрона ще са склонни да се преместят в празната ниво. Следователно постоянна концентрация носител може да се поддържа само продължава механизъм захранване електрони (отвори) на проводимост лента (валентност лента) вместо посочена от такси й върху нивата на донори в валентната зона и т.н.

Такъв механизъм е термичните вибрациите на кристалната решетка на полупроводника. Енергията на колебание се прехвърля електрони, в резултат на прехвърлянето (поколение) на последната в групата на проводимост (или в състоянието, в нивата на акцепторни). Едновременно с този процес е наопаки, рекомбинацията на електрони и дупки. В термодинамично равновесие генерирането и рекомбинацията се случи с еднаква интензивност, така че плътността на носители на двата знака - равновесна концентрация - остава постоянна. Тъй като температурата около константата на обема на пробата, равновесната концентрация на носители в хомогенна полупроводникови не зависи от координати, или по време.

Наред с флуктуация може да бъде друг начин, обогатяващи електронна проводимост (валентност групата - дупки) .., като инжектиране на електрони (или дупки), генерирани от светлина и т.н. Въпреки това, за разлика от равновесие топлина генерирани докато носители могат да бъдат локализирани в ограничено количество на полупроводника. В допълнение, те могат да възникнат в резултат на прякото поглъщане на енергията. Следователно, "температура" на електрони е над температурата нараства решетка и броят им. След прекратяване на външно възбуждане се намалява термодинамично равновесие между електронни подсистеми и кристална решетка. Това се постига както поради електрон-дупка рекомбинация и поради носител взаимодействие с решетка. Развълнуван тези "чужди" ефекти, електрони и дупки се наричат ​​носители на заряд неравновесни. Те могат да се появят при вътрешен полупроводников, и в полупроводници п - и р-тип.

Параметри на носители на заряд неравновесни характеризират електрическите свойства на полупроводниковия материал и до голяма степен определят своите възможности в производството на полупроводникови устройства. В допълнение, измерване на тези параметри е важен инструмент за изучаване на полупроводникови материали.

Параметрите включват неравновесни носители на заряд се реят мобилността, коефициентът на дифузия и дължината на дифузия, и скоростта на повърхността рекомбинация живот.

В много случаи, параметрите на носители не-равновесни зареждане характеризират малцинствени носители, заряд, т.е.. Е., електрони в полупроводника р-тип и дупки в п-тип полупроводници.

Разпределение на nonequilibrium превозвачи такса в проба полупроводници, вариация му в пространството и времето, описано от система от уравнения за непрекъснатост с началните и граничните условия на повърхността, която включва всички опции. Ето защо, методи за определяне на тези параметри се основават на решение на съответните уравнения на приемственост с някои опростяващи допускания. Анализирайте комуникационни параметри nonequilibrium превозвачи с параметри съществени и nonequilibrium превозвачи такса.

Нека първо разгледаме процесите, които протичат в пробата на полупроводници, което е под хомогенна концентрация на излишните превозвачи такса.

В отсъствието на поле и концентрация градиент на промяната време в концентрация носител от процесите на производство и рекомбинация е описано чрез следните уравнения електрически:

където n, p - концентрация на свободни електрони и дупки;

n. p живота на излишните електрони и дупки;

GN. GP - скоростта на генериране на свободни електрони и дупки;

Чрез концентрация на излишните носители зареждане означава, че част от общата концентрация на свободни електрони n p или дупки. който е излишъкът от термодинамично равновесие концентрация на носители и не р.о., а именно:

Живот на nonequilibrium носител такса нарича средно време определя от процеса на рекомбинация, през който има безплатен излишък такса носител.

Ако приемем, че n живот и p - константи и GN. GP не зависи от времето, уравненията (1) и (2) в случай на стационарен процес имат следния вид:

където nct и pct - стационарни живота на nonequilibrium превозвачи такса.

Като цяло, неподвижно стойност и pct nct концентрации зависят от естеството на механизма за рекомбинация в полупроводници и не са равни помежду си. Следователно nct  pct дори ако образуването на зареждане носители двойки възниква и GN = GP. Въпреки това, в специалния случай, където не улавяне капани свободни носители зареждане или е маловажно, nct = pct и nct = pct примеси роля в тези процеси е ниска, например, когато нивата на онечистванията са разположени близо до краищата на право ленти и следователно промяна в концентрацията на електрон на тези нива е почти невъзможно, или при ниска концентрация на примес. Тези условия често се прилагат в полупроводникови материали като германий и силиций.

По този начин, когато nct = pct спад концентрация на излишните носители на заряд в момента, когато се генерира прекратяване може да бъде описан от израз на формата:

и  е единична живот излишък на електрони дупка двойки. Следователно, зависимостта на получи концентрация носител (проводимостта на пробата) към време по време на рекомбинация може да се определи времето на живот на nonequilibrium носители.