Nonequilibrium носители - studopediya

Образуването на свободни носители такса в полупроводници, свързани с прехода на електроните от валентната зона на проводимата зона. За да осъществи такъв преход на електрони трябва да получи достатъчно енергия, за да се преодолее пропастта. Тази енергия електрони получава от решетъчни йони извършват термични вибрации. Така преодоляване електрон забранена зона обикновено се дължи на топлинна енергия на решетката. Концентрацията на зареждащия носач, причинени от термично възбуждане в състояние на термично равновесие се нарича равновесие.

Въпреки това, освен термично възбуждане вид на свободни носители зареждане може да се дължи на различни причини, например, чрез облъчване с фотони или частици на йонизация висока енергия на удара, въвеждането на носители на заряд в полупроводника от друг орган (инжекция), и др., Възникнали по този начин излишък носители зареждане се наричат nonequilibrium. По този начин, общата концентрация на носители на заряд е:

където n0 и p0 - равновесната концентрация, и # 916; п и # 916; р - неравновесен плътност на електрони и дупки на. Ако възбуждане излишните електрони произведени от валентната зона и хомогенна полупроводници и включва без заплащане пространство, концентрацията на свободни електрони равна на концентрацията на излишните отвори:

При прекратяване на механизма, които предизвикват появата на концентрация неравновесен носител, има постепенно връщане към равновесие. Процесът на установяване на равновесие е, че всеки излишък на електрони при среща с освободи място (отвор) е необходимо, в резултат на чифт неравновесен носители изчезват. Феноменът на изчезването на двойка носители е наречен рекомбинация. На свой ред възбуждане на електрони от валентната зона или на нивото на примеси, придружен от външния вид на една дупка, наречена поколение на носители на заряд.

На фигура 1.9 G - е скоростта на производство, и R - скоростта на рекомбинация на свободните носители зареждане в присъщата полупроводника.

Фиг. 1.9. Генериране и рекомбинация на свободни електрони и дупки в полупроводници

Скорост (темпо) на рекомбинация R е пропорционална на концентрацията на свободните носители зареждане:

където # 947; - коефициент на рекомбинация. При отсъствие на светлина (на тъмно) G = G0 и. стойност n0 и p0 понякога се нарича тъмна плътност на свободни електрони и дупки съответно. Формули (1.30) и (1.14) получаваме:

където Eg = ЕО - EV - Bandgap. Така G0 е по-голяма в полупроводници тясна междина и при високи температури.

Ако един полупроводник е никакъв електрически ток, и такси, космическото пространство, промяната на времето равновесните концентрации на електрони и дупки в областите, определени от уравненията:

Оценка (скорост) поколение и рекомбинация има два компонента:

където # 916; G, # 916; R - скоростта на производство и рекомбинация на електрони nonequilibrium само, т.е. # 916; G - е скоростта на генериране на електрони и дупки, дължащи се на полупроводникови осветление, и. Използване на (1.31), (1.32) и (1.34), уравнение (1.36) могат да бъдат обобщени, както следва:

Разглеждане на процеса на рекомбиниране на носители не-равновесни зареждане (т.е. при изключване осветление на време Т = 0 часа). Общото решение на уравнение (1.38) е доста сложно. Ето защо, ние смятаме две специални случаи.

В вътрешен полупроводников в силна светлина. От (1.38) получаваме:

където # 916; n0 - начална концентрация на носители на заряд не-равновесни. концентрация, спадът е parabolically.

полупроводника на донор в случай на пълно йонизация на донорите n0 = ND. p0 <

където нотация:

Уравнение (1.40) може лесно да бъде решен:

стойност # 964; е средното време на електроните в проводимата зона. Получените разтвори са показани на фигура 1.10. От (1.42) показва, че процесът на рекомбинация е описан от експоненциална зависимост от времето, средната живот представлява сегмент от време, през което излишните промени концентрация носител в "Е" времена.

В заключение, носители на заряд на неравновесни се появяват само ако енергията на фотоните в полупроводника се осветява от ширината на забранена лента (з # 957;> Напр).

Фиг. 1.10. Рецесия nonequilibrium концентрация на електрони с течение на времето в полупроводника донор