Читайте также: |
|
В неравновесных условиях концентрация электронов и дырок отлична от равновесной их концентрации.
n = n0 + Δn p = p0 + Δp (3.3.)
Так как в стационарном состоянии свойства избыточных носителей практически не отличаются от свойств равновесных носителей, то концентрацию носителей в неравновесных условиях удобно выражать формулами (EC –начало отсчета):
(3.4.)
(3.5.)
Здесь EFn и EFp играют роль уровня Ферми для электронов и дырок и называются квазиуровнями Ферми. Они не совпадают между собой и с равновесным уровнем Ферми. Квазиуровни Ферми для электронов и дырок тем сильнее отличаются друг от друга и от равновесного уровня Ферми, чем выше концентрация избыточных носителей.
Электроны, двигаясь в полупроводнике, сталкиваются с дырками и рекомбинируют. Поэтому после прекращения действия внешнего агента, вызывающего генерацию избыточных носителей, их концентрация быстро убывает и вскоре достигает равновесной величины. Скорость, с которой протекает рекомбинация, определяется временем жизни неравновесных носителей (τ).
Рассмотрим физический смысл времени жизни (τ). Выделим в полупроводнике плоскопараллельный слой толщиной dх, перпендикулярный направлению движения электрона vn (рис. 3.1,а). Обозначим концентрацию дырок в полупроводнике через р. В смысле захвата электрона каждую такую дырку можно уподобить сфере радиуса r, при попадании в которую электрон испытывает столкновение и захватывается дыркой. Если посмотреть на выделенный слой на «просвет», то дырки представятся в виде дисков площадью A=πr2 (рис. 3.1,6). Электрон, проходя через слой и попадая в один из таких дисков будет захвачен дыркой. Поэтому Ап называют сечением захвата электрона дыркой.
Рис. 3 1. К выводу соотношения для вероятности рекомбинации носителей и времени их жизни.
Обозначим через S площадь выделенного слоя. Объем этого слоя равен Sdx, число дырок в нем — pSdx, а их суммарная площадь захвата равна
Sзахв=AnpSdx
Вероятность того, что электрон, проходя через слой, испытает столкновение с дыркой, равна, очевидно, отношению Sзахв к S:
(3.6.)
Так как dx=vn,dt, то
Wn=Anpvndt (3.7.)
Поделив правую и левую части этого соотношения на dt, получим:
Pn = Anpvn (3.8.)
где Pn — вероятность столкновения электрона с дыркой за единицу времени. Так как такое столкновение оканчивается рекомбинацией, то Pn представляет собой вероятность рекомбинации электрона за единицу времени. Она равна числу столкновений, которое мог бы испытать электрон с дырками за единицу времени, если бы столкновения не оканчивались рекомбинацией.
Величина τn, обратная Pn, выражает, очевидно, среднее время жизни электрона в свободном состоянии:
(3.9.)
Аналогичное выражение можно получить для среднего времени жизни дырок:
(3.10.)
где Ар - сечение захвата дырки электроном; vp - скорость движения дырок относительно электронов; n - концентрация электронов.
В полупроводниках, как правило, не только свободные дырки могут захватывать электроны, но и различного рода локальные центры, создающие в запрещенной зоне дискретные уровни. Каждый такой центр захвата характеризуется своим сечением захвата Аnk и своей концентрацией рk.. Вероятность встречи электрона с любым из этих центров захвата равна:
Pn = An1vn1p1 + An2vn2p2 + …..+ Ankvnkpk (3.11.)
Отсюда получаем следующее выражение для эффективного времени жизни электронов:
(3.12.)
3.2. Рекомбинация носителей заряда
Из (3.12) видно, что при наличии нескольких типов центров захвата электронов эффективное время их жизни меньше наименьшего из времен жизни, определяемого любым из этих центров захвата.
Произведение сечения захвата на скорость, усредненное по всем носителям в зоне, называют коэффициентом рекомбинации γ. Для электронов
γ n = An,vn (3.13)
для дырок
γp = Apvp (3.14)
В результате получим:
; (3.15.)
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 137 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Полупроводниках | | | Скорость рекомбинации |