Рекомбинация генерация зарядов
Рекомбинация генерация зарядовСкачать файл - Рекомбинация генерация зарядов
Свободные носители заряда в полупроводниках образуются в результате отрыва электронов от собственных или примесных атомов. Этот процесс называется генерацией носителей и на энергетической диаграмме представляется следующим образом рис. Генерация носителей может происходить под воздействием тепловых колебаний атомов, поглощённого электромагнитного излучения или быстрых частиц - электронов и ионов. Количественно процесс генерации характеризуется скоростью генерации G — числом пар заряженных частиц, создаваемых в единице объёма за единицу времени обычно за 1 с. Скорость генерации можно представить в виде суммы вкладов различных по физической природе источников,. Мощность парциальных источников определяются внешними факторами — температурой, энергиями частиц и фотонов и плотностями их потоков. По крайней мере, один из источников — тепловая генерация — действует постоянно, однако опыт показывает, что концентрации носителей остаются при данных условиях постоянными. Это указывает на существование процесса, обратного генерации — рекомбинации носителей. Рекомбинация состоит в исчезновении пары свободных носителей и образовании заполненной химической связи между собственными атомами. Свободные носители — электрон и дырка — в процессе хаотического теплового движения могут оказаться столь близко друг от друга, что кулоновское притяжение не позволит им разойтись вновь, и они сольются с образованием нейтральной химической связи. Такая рекомбинация называется межзонной. Вероятность межзонной рекомбинации тем выше, чем больше концентрации и электронов, и дырок. Количественно она характеризуется скоростью межзонной рекомбинации - числом пар электрон-дырка, рекомбинирующих в единице объёма за одну секунду. Размерность её такая же, как и у скорости генерации. Второй механизм рекомбинации действует через посредника — примесный атом, отличный от легирующих примесей. Посредник служит ловушкой — он захватывает свободный носитель одного типа, который является неосновным в данном полупроводнике, и удерживает его некоторое время. Таковы, например, атомы золота, меди, марганца в кремнии. За время удержания к ловушке успеет приблизиться основной носитель противоположного знака и прорекомбинировать с ранее захваченным носителем. Такая рекомбинация называется рекомбинацией через ловушки. Она, как видим, состоит из двух этапов. Скорость её определяется скоростью первого захвата - она тем выше, чем больше концентрация неосновных носителей и концентрация атомов-ловушек. Второй захват происходит намного быстрее, так как концентрация основных носителей намного больше концентрации неосновных. Межзонная рекомбинация и рекомбинация через ловушки изображены на рис. Суммарная скорость рекомбинации равна сумме скоростей межзонной рекомбинации и рекомбинации через ловушки. В реальном полупроводнике, как правило, доминирует одно из слагаемых. В кремнии рекомбинация идёт по второму механизму, тогда как в арсениде галлия — по первому. Причина кроется в особенностях электронной структуры полупроводников, по которым кремний и арсенид галлия относятся к разным типам полупроводников. В результате одновременного протекания процессов генерации и рекомбинации в полупроводнике устанавливаются стационарные, то есть не зависящие от времени при неизменных внешних условиях, концентрации электронов и дырок. Рассмотрим процесс установления стационарного состояния подробнее и введём важные параметры этого процесса. Пусть рекомбинация идёт только через ловушки. Её скорость пропорциональна частоте встреч неосновных носителей будем считать, что ими являются электроны с ловушками, которая, в свою очередь, пропорциональна произведению концентраций электронов и ловушек ,. Условием установления стационарной концентрации является равенство скоростей генерации и рекомбинации. Из всех источников генерации только один — тепловая генерация - является постоянно действующим. В то время как другие источники легко выключить, тепловая генерация прекращается только при очень низких температурах, далеко за пределами практически важной области рабочих температур. При умеренных температурах под действием теплового движения в полупроводнике устанавливаются стационарные концентрации носителей, являющиеся, с точки зрения термодинамики, равновесными. Все остальные источники генерации создают неравновесные носители. Равновесные концентрации носителей обозначаются и. Предположим, что нетепловые источники действовали до момента времени , создали стационарные концентрации носителей и , а затем выключились. Концентрации электронов и дырок начнут убывать, стремясь к и. Изменение концентраций во времени описывается уравнением. Величина имеет размерность времени,. За секунд концентрация избыточных неосновных носителей уменьшается в раз, поэтому называется временем жизни электронов в полупроводнике p -типа. Рекомбинацию носителей можно в равной степени характеризовать как временем жизни, так и коэффициентом рекомбинации. Физический смысл последнего установим из соотношения 7. При имеем , то есть коэффициент рекомбинации численно равен обратному времени жизни неосновного носителя в полупроводнике с одной ловушкой в единице объёма. По порядку величины время жизни носителей при рекомбинации через ловушки составляет. Аналогично можно рассмотреть и кинетику межзонной рекомбинации. Пусть начальное состояние создаётся так же, как и в предыдущем случае. В течение некоторого времени концентрации избыточных носителей намного больше равновесных концентраций, , , причём , поэтому уравнение 7. Когда они уменьшатся настолько, что , тогда уравнение 7. Решение снова имеет экспоненциальный характер,. По порядку величины время жизни при межзонной рекомбинации в составляет. При рекомбинации электрон переходит в валентную зону, следовательно, его энергия скачком меняется на. Судьба этой выделившейся энергии различна при межзонной рекомбинации и рекомбинации через ловушки. В первом случае она передаётся кристаллической решётке в виде колебаний атомов и в конечном итоге превращается в тепловую энергию, кристалл немного нагреется. Во втором случае эта энергия выделяется в виде кванта электромагнитного излучения - фотона. Фотон может с заметной вероятностью покинуть кристалл, который, таким образом, превращается в источник излучения. Уход электрона из ковалентной связи сопровождается появлением двух электрически связанных атомов единичного положительного заряда, получившего название дырки , и свободного электрона. Фактически дырку можно считать подвижным свободным носителем элементарного положительного заряда, а заполнение дырки электроном из соседней ковалентной связи можно представить как перемещение дырки. Процесс образования пар электрон-дырка называют генерацией свободных носителей заряда. Одновременно с процессом генерации протекает процесс рекомбинации носителей. Из-за постоянного протекания процессов генерации и рекомбинации носителей зарядов при заданной температуре в полупроводнике устанавливается равновесное состояние, при котором присутствует некоторая концентрация свободных электронов n i и дырок P i. В чистом полупроводнике концентрации носителей зарядов зависят от ширины запрещенной зоны и при увеличении температуры возрастают приблизительно по экспоненциальному закону. Равенство концентраций свободных электронов ni и дырок Pi показывает, что такой полупроводник обладает одинаковыми электронной и дырочной электропроводностями и называется полупроводником с собственной электропроводностью. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Новгородский Государственный Университет им. Скорость генерации можно представить в виде суммы вкладов различных по физической природе источников, 7. Она может происходить по двум механизмам. Два механизма рекомбинации электронов и дырок Суммарная скорость рекомбинации равна сумме скоростей межзонной рекомбинации и рекомбинации через ловушки 7. Её скорость пропорциональна частоте встреч неосновных носителей будем считать, что ими являются электроны с ловушками, которая, в свою очередь, пропорциональна произведению концентраций электронов и ловушек , 7. Условием установления стационарной концентрации является равенство скоростей генерации и рекомбинации 7. Изменение концентраций во времени описывается уравнением 7. Тогда имеем уравнение 7. Решение снова имеет экспоненциальный характер, 7. Равенство концентраций свободных электронов ni и дырок Pi показывает, что такой полупроводник обладает одинаковыми электронной и дырочной электропроводностями и называется полупроводником с собственной электропроводностью Рекомбинация состоит в исчезновении пары свободных носителей и образовании заполненной химической связи между собственными атомами.
Глава 3. Неравновесные процессы в полупроводниках
Рецепт кулебякис рыбойиз слоеного теста
/ ГЕНЕРАЦИЯ И РЕКОМБИНАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
Ясная 31 екатеринбург как доехать
Ваз 2107 видео обзор тест драйв
Генерация и рекомбинация носителей заряда
Электрички расписание выхино трофимово завтра
39 автобус ижевск расписание время