1.2 Типы рекомбинации

вероятными становятся не прямые переходы через нее, а переходы через локальные уровни, расположенные в запрещенной зоне.

Рекомбинация через локальные уровни (центры). Как мы выяснили раньше, наличие дефектов и примесей в полупроводнике приводит к появлению в его энергетической диаграмме локальных энергетических уровней, расположенных в запрещенной зоне. Рассмотрим, какую роль они играют в процессе рекомбинации свободных носителей зарядов.

Пусть в запрещенной зоне донорного полупроводника, имеющего значительную концентрацию электронов зоны проводимости, располагается свободный локальный уровень Ел (рис. 8а), наличие которого обусловлено присутствием примесного атома или дефекта решетки. В этом случае рекомбинация проходит в два этапа .

Первым этапом является захват электрона зоны проводимости указанным примесным атомом ёёёёёё (или, как горят, захват электрона проводимости локальным уровнем Ел, как показано стрелкой 1 на рис. 8а). Дальнейшее поведении захваченного электрона может быть двояким. Электрон может перейти в валентную зону (стрелка 2) на свободный уровень, что эквивалентно захвату на локальный уровень дырки и ее рекомбинации с электроном. Возможен и показанный стрелкой 3 обратный тепловой переброс электрона в зону проводимости. Этомт процесс препятствует рекомбинации электрона и дырки. Таким образом, интенсивность процесса рекомбинации определяется соотношением вероятностей процессов, указанных стрелками 2 и 3.

Если локальные уровни располагаются близко к дну зоны проводимости или к потолку валентной зоны (рис. 8б), то есть являются мелкими, то вероятность протекания через них рекомбинации так же мала, как и вероятность межзонной рекомбинации. Поэтому наличие мелких локальных уровней приводит лишь к энергичному обмену электронами между ними и зоной проводимости (или валентной зоной) и не дает вклада в процесс рекомбинации. Дефекты или примеси, приводящие к появлению таких локальных уровней, называют ловушками захвата или центрами прилипания.

Если же локальный уровень глубокий, то вероятность обратного переброса (например, электрона в зону проводимости) незначительна, преобладает процесс захвата дырки, то есть происходит интенсивный процесс рекомбинации.

Дефекты или примеси, приводящие к появлению глубоких локальных уровней, на которых протекает процесс рекомбинации свободных электронов и дырок, называют рекомбинационными ловушками или центрами рекомбинации.

Высокая интенсивность процесса рекомбинации на рекомбинационных ловушках объясняется тем, что при этом механизме избыточная энергия передается кристаллической решетке в два этапа (двумя примерно равными порциями), то есть на каждом этапе в реакции участвует меньшее число фононов, чем при межзонной рекомбинации. Немаловажное значение имеет также тот факт, что вероятность встречи дырки с неподвижным электроном, локализованным на дефекте, значительно выше вероятности встречи её с подвижным электроном.

У примесных акцепторных полупроводников, имеющих значительную концентрацию дырок в валентной зоне, первым этапом рекомбинации является переход дырки из валентной зоны на локальный рекомбинационный уровень, а вторым этапом – захват электрона зоны проводимости и его рекомбинация с дыркой. Обратный тепловой переброс дырки в валентную зону препятствует процессу рекомбинации.

Отметим, что интенсивность протекания рекомбинации через рекомбинационные ловушки зависит от степени легирования полупроводника. В собственном полупроводнике она минимальна и увеличивается как по мере добавления донорных, так и по мере добавления акцепторных примесей.