Генерацией носителей

Генерация носителей заряда является следствием воздействия внешних факторов, например, нагрева, освещения, облучения. Рекомбинация — процесс, противоположный генерации, и она противодействует накоплению носителей и обеспечивает их равновесные концентрации.

В результате ударной ионизации происходит процесс лавинного умножения носителей. Этот процесс связан с появлением на вольт-амперной характеристике участка с отрицательным сопротивлением. С физической точки зрения появление отрицательного сопротивления объясняется тем, что при достижении определенного напряжения (Увкл возникают лавинообразный процесс и генерация носителей тока, поэтому напряжение на динисторе начинает

По характеру воздействия светового потока на фотоэлектронный прибор различают фотоэлектронные приборы с внутренним фотоэффектом, у которых под действием фотонов происходит генерация носителей зарядов — электронов и дырок, и фотоэлектронные приборы с внешним фотоэффектом, у которых под действием фотонов происходит фотоэлектронная эмиссия.

Рабочие диапазоны температур кремниевых диодов находятся в пределах — 60-н +125 °С, германиевых — 60-f-Ч- + 85 °С. Невысокий верхний предел рабочей температуры германия обусловлен тем, что при Т > 85 °С тепловая генерация носителей заряда становится настолько высокой, что происходит резкое возрастание обратного тока и , i эффект выпрямления практи- Д j^" чески исчезает. Однако не- I * смотря на перечисленные преимущества кремниевых диодов, германиевые диоды целесообразнее применять в выпрямительных устройствах низкого напряжения. У германиевых диодов прямая ветвь ВАХ значительно круче, чем у кремниевых, в результате при одинаковом токе нагрузки значение сопротивления германиевых диодов в прямом направлении будет в полтора-два раза меньше, чем кремниевых (см. 2.28, а) мощности, рассеиваемой в германиевом диоде, будут в полтора-два раза меньше, чем в кремниевом.

Таким образом, в течение времени Ат + тэ-к будет наблюдаться ток лавинного умножения, после чего генерация носителей заряда прекратится. С момента времени ^ == = т3.в к га+-области начинает двигаться пакет электронов длительностью Ат -f- т3 к. В момент времени t2 — тя н -f-+тПр первые электроны пакета начнут приходить в п+-область и падение напряжения на /?+-л-переходе будет возрастать ( 3.9). К моменту времени ta — т3.„ -f- тпр +

Предположим, что концентрация ловушек захвата мала. Учитывая, что генерация носителей заряда в образце происходит по закону (4.5), запишем стационарное одномерное уравнение непрерывности для дырок

Методы определения параметров. Поверхностная генерация носителей заряда осуществляется, когда коэффициент поглощения очень велик. Она реализуется в коротковолновой области спектра за краем собственного поглощения и предполагает выполнение условия aW^> 1. Тогда

Следует отметить, что в реальных структурах для уменьшения скорости поверхностной рекомбинации на поверхность эпитаксиаль-ного слоя наносят еще один эпитаксиальный слой того же типа электропроводности, но иного химического состава. Образующаяся при этом гетероструктура препятствует прохождению потока электронов к поверхности, а условие на границе слоев описывается уравнением, аналогичным (4.20). Генерация носителей заряда в этом слое пренебрежимо мала вследствие того, что ширина его запрещенной зоны больше, а поглощение света незначительно.

Значительно сложнее проанализировать спад фотопроводимости, когда генерация носителей заряда происходит в течение некоторого времени, так как начальное распределение носителей заряда не является однородным. Если же генерация происходит с постоянной скоростью в течение длительного времени, то в образце устанавливается стационарное распределение носителей заряда и задача упрощается.

На 4.13 представлена структура л-п+-типа, на которой выполняются измерения. Со стороны подложки структура освещается монохроматическим модулированным по интенсивности светом с малым коэффициентом поглощения, так что генерация носителей заряда имеет однородный характер. Генерированные светом неосновные носители заряда (дырки) диффундируют в сторону контакта Шотки, создавая фототок. Избыточная концентрация носителей заряда на границе области объемного заряда может считаться равной нулю, если измеряется ток короткого замыкания. Протяженностью области объемного заряда можно пренебречь, если диффузионная длина велика. Тогда граничное условие для контакта Шот-

Найдем выражение для тока короткого замыкания и ЭДС при фотомагнитоэлектрическом эффекте в условиях, когда генерация носителей заряда происходит вблизи освещенной поверхности.

Полупроводниковые резисторы характеризуются большим положительным ТК.С. Температурная зависимость сопротивления обусловлена двумя процессами —• генерацией носителей заряда и уменьшением подвижности их с ростом температуры. Поскольку при температуре порядка 300 К преобладает второй процесс, температурный коэффициент при нормальной температуре положительный и может изменяться при различных концентрациях легирующей примеси в пределах (1000... ...3000) Ю-6 К'1).

При отсутствии освещения через диод протекает темновой ток, представляющий собой обратный ток запертого диода /Обр> вызванный тепловой генерацией носителей в полупроводнике. При освещении кристалла дополнительно к тепловым носителям возникают пары зарядов электрон — дырка, вызванные световым возбуждением. При возрастании светового потока увеличивается концентрация возбужденных неравновесных носителей вблизи перехода и возрастает ток через него. При воздействии света на р—п-переход между выводами фотодиода возникает разность потенциалов (фото-э. д. с.) f/ф, которая является по отношению к р—

валентных электронов соседних атомов, при этом каждый из атомов остается электрически нейтральным. Такая связь называется ковалентной. Повышение температуры вызывает колебательное движение атомов кристаллической решетки. В результате ковалентные связи между атомами могут разрываться, что приводит к образованию пары носителей заряда: свободного электрона и незаполненной связи —• дырки вблизи того атома, от которого оторвался электрон. Процесс образования электронно-дырочных пар называется генерацией носителей заряда. Если этот процесс происходит под воздействием теплоты, то его называют термогенерацией.

вии, что электрическим полем Ех и генерацией носителей заряда в объеме полупроводника можно пренебречь, выражение (2.28) принимает вид

рекомбинацией и генерацией носителей заряда в переходе можно пренебречь, гак как d <^ L;

генерацией) носителей. С ростом температуры концентрация электронно-дырочных пар в полупроводнике увеличивается и, следовательно, увеличивается его электропроводность. Свободные электронно-дырочные пары могут образовываться также под действием других источников энергии, способных разрушить ковалентную связь, например при облучении.

При освещении полупроводника кванты света взаимодействуют с электронами. Если энергия квантов превышает ширину запрещенной зоны &3. валентные электроны поглощают энергию квантов и переходят в зону проводимости, т.е. происходит генерация электронно-дырочных пар. Генерируемые светом свободные носители являются избыточными, неравновесными. Одновременно с генерацией носителей идет процесс

Очевидно, что инжекция носителей заряда с помощью импульса тока через эмиттерный контакт может быть заменена световой генерацией носителей заряда от постоянного или импульсного источ-

Атомы в кристаллической решетке кремния и ряда других полупроводников связаны друг с другом за счет обменных сил, возникающих в результате попарного объединения валентных электронов соседних атомов, при этом каждый из атомов остается электрически нейтральным. Такая связь называется ковалент-ной. Повышение температуры вызывает колебательное движение атомов кристаллической решетки. В результате ковалентные связи между атомами могут разрываться, что приводит к образованию пары носителей заряда: свободного электрона и незаполненной связи — дырки — вблизи того атома, от которого оторвался электрон. Процесс образования электронно-дырочнйх пар называется генерацией носителей заряда: Если этот процесс происходит под воздействием теплоты, то его называют термогенерацией.

ре все атомы примеси ионизированы, и пренебречь тепловой генерацией носителей. При Г=300 К

При температуре выше абсолютного нуля часть электронов разрывает ковалентные связи и переходит в зону проводимости, освобождая энергетические уровни в валентной зоне. Таким образом, в зоне проводимости появляется свободный электрон -электрон проводимости. Вакантное место в валентной зоне называют дыркой, которая в электрическом и магнитном полях ведет себя как частица с положительным зарядом, равным заряду электрона. Процесс образования пар электрон -дырка называют генерацией носителей заряда (см. 3.2).