Билет 18. Рекомбинация полупроводника в условиях неравновесного состояния.

Помимо теплового возбуждения появление свободных носителей заряда может быть связано с другими причинами, например, в результате облучения. Возникшие таким образом избыточные носители заряда называются неравновесными. Таким образом, полная концентрация носителей заряда равна:

где n₀ и p₀ – равновесная концентрация, а n и p – неравновесная концентрация электронов и дырок. Если возбуждение избыточных электронов производилось из валентной зоны, а полупроводник однородный и не содержит объемного заряда, то концентрация избыточных электронов равна концентрации избыточных дырок:

После прекращения действия механизма, вызвавшего появление неравновесной концентрации носителей, происходит постепенное возвращение к равновесному состоянию. Явление исчезновения пары носителей получило название рекомбинации. В свою очередь возбуждение электрона из валентной зоны или примесного уровня, сопровождающееся появлением дырки, называется генерацией носителей заряда. Если в полупроводнике нет электрического тока и объемных зарядов, то изменение во времени неравновесных концентраций электронов и дырок в зонах определяется уравнениями:

Скорости (темпы) генерации и рекомбинации имеют две составляющие:

,где G, R – темпы генерации и рекомбинации только неравновесных электронов, то есть G – это темп генерации электронов и дырок за счет освещения полупроводника, и .

Можно получить:

(1)

Рассмотрим процесс рекомбинации неравновесных носителей заряда (то есть при выключении освещения в момент времени t = 0). Общее решение уравнения (1) довольно сложное. Поэтому рассмотрим два частных случая.

В собственном полупроводнике при сильном освещении

.

Получим:

где n₀ – начальная концентрация неравновесных носителей заряда. В донорном полупроводнике в случае полной ионизации доноров n₀ = N_D, p₀ << n₀. Будем также считать, что n << N_D.

Билет 19. Механизм рекомбинации носителей на ловушках.

В полупроводниковом кристалле всегда имеются дефекты, энергетические уровни которых находятся в запрещенной зоне. Поэтому наряду с межзонной рекомбинацией может идти процесс рекомбинации через локальные уровни энергии. Дефект решетки, способный захватить электрон из зоны проводимости и дырку из валентной зоны, осуществляя их рекомбинацию, называется рекомбинационной ловушкой. В этом случае исчезновение пары-электрона и дырки проводимости осуществляется следующим образом. Нейтральная рекомбинационная ловушка захватывает электрон из зоны проводимости, который затем через некоторое время перейдет в валентную зону.

Ловушкам свойственны энергетические уровни, раположенные глубоко в запрещенной зоне, ближе к ее середине.

Билет 20. Механизм поверхностной рекомбинации.

Из большего числа состояний, возникающих на поверхности полупроводника, некоторые состояния могут являться эффективными рекомбинационными ловушками. Это может привести к тому, что темп рекомбинации на поверхности будет значительно выше, нежели в объёме полупроводника. Рекомбинационно активными ловушками на поверхности могут быть лишь быстрые состояния, поскольку время перехода на медленные состояния настолько велико, что не может быть обеспечен темп рекомбинации, по порядку величины сравнимый с объёмной рекомбинацией. Влияние поверхностной рекомбинации на время жизни носителей заряда становится существенным тогда, когда число электронно-дырочных пар, рекомбинирующих в единицу времени на поверхности, составляют заметную долю общего числа носителей заряда, рекомбинирующего во всём объёме полупроводника. Можно поэтому ожидать, что влияние поверхностной рекомбинации будет особенно сильно в случае тонких пластин и нитевидных образцов, имеющих большое отношение поверхности к объёму. Для характеристики процесса рекомбинации на поверхности вводят величину s, называемую скоростью поверхностной рекомбинации.