Концентрация кислорода

Различают низкий и высокий уровни возбуждения полупроводника. При низком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда много меньше концентрации основных носителей, но может значительно превышать концентрацию неосновных носителей. При высоком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда значительно выше равновесных.

ность длины, причем на протяжении отрезка длино концентрация избыточных носителей заряда уменьшается в е раз (е » 2,718). Эта величина называется диффузионной длиной электронов:

переключения в течение времени t ^ ^ концентрация неравновесных неосновных носителей заряда будет больше, чем равновесных: пр > про. Поэтому в течение времени /! напряжение на переходе будет оставаться прямым, уменьшаясь по значению ( 2.29, б). В момент времени / =^ на границе перехода (л: = 0) концентрация избыточных неосновных носителей заряда становится равной нулю ( 2.29, г), поэтому напряжение на переходе также обращается в нуль ( 2.29, б). При t > tv начинает нарастать обратное смещение до значения f/o6) определяемого внешним источником питания ( 2.29, б). Расчет пока-

Процесс рекомбинации неравновесных носителей заряда характеризуется их временем жизни т. Уменьшение начальной концентрации избыточных носителей заряда Апнач (после отключения источника их генерации, например облучения) происходит по экспоненциальному закону: An(t) = Дл,^ ехр (—f/r), т.е. за интервал времени г концентрация избыточных носителей уменьшается в е = 2,718 раз. Некоторые примеси (золото, платина, медь и др.) создают локальные энергетические уровни в середине запрещенной зоны, называемые ловушками ( 7, б), значительно ускоряющие процесс рекомбинации и уменьшающие время жизни. В этом случае рекомбинация происходит в два этапа — сначала электрон переходит на энергетический уровень ловушки 7, затем с уровня ловушки в валентную зону 5. Легирование золотом используют для уменьшения времени жизни в кремнии. В полупроводниках - г = 10'10 -1ГГ3 с.

их рекомбинации и при непрерывном освещении между генерацией и рекомбинацией устанавливается равновесие, при котором концентрация избыточных носителей поддерживается на некотором постоянном уровне.

Таким образом, в произвольной точке с координатой х избыточная концентрация носителей заряда изменяется во времени согласно уравнениям (3.34), (3.35). Действительно, если цветовой луч перемещается слева направо вдоль оси х, то в некоторой точке, расположенной на поверхности образца правее светового луча, концентрация носителей заряда возрастает по мере приближения светового луча. Как показывает решение (3.34), это изменение происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени 1\1с. Когда световой луч минует эту точку поверхности, концентрация избыточных носителей заряда начинает спадать. Спад, так же как и нарастание концентрации, подчиняется экспоненциальному закону, но имеет другую постоянную времени /2/с. Установив в некоторой точке на поверхности образца измерительный зонд — коллектор, можно экспериментально наблюдать, каким образом изменяется во времени избыточная концентрация носителей заряда, и измерить величины с, /1, /2. Если они известны, то, сэгласно (3.35) и (3.36),

при граничном условии на контакте Ap(r, t)\r-.=r0=Ap(ro). Решив уравнение (3.44) методом разделения переменных, получим, что к моменту окончания инжектирующего импульса tu концентрация избыточных носителей заряда достигает значения

Различают низкий и высокий уровни возбуждения полупроводника. При низком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда много меньше концентрации основных носителей, но может значительно превышать концентрацию неосновных носителей. При высоком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда значительно выше равновесных.

Будем считать, что в момент ^=0 концентрация избыточных дырок во всей га-области Др=0. При освещении п-области в тонком приповерхностном слое на расстоянии w от р-п перехода возникают неравновесные дырки. Ток, созданный этими дырками, определяется выражением (5.43). Поэтому граничное условие при x=Q можно записать в виде

Это дифференциальное уравнение — уравнение диффузии описывает диффузионное движение электронов в дырочном полупроводнике с учетом рекомбинации. Рассмотрим полубесконечный стержень полупроводника р-типа, простирающийся от я = 0 до л:=оо. Предположим, что на одном из его концов (х = 0) создается некоторая избыточная концентрация носителей Дпр(0) = Дрр(0). Диффузия неравновесных носителей из точки х = 0 внутрь стержня приведет к увеличению их концентрации при *>0. Вследствие рекомбинации концентрация избыточных носителей будет уменьшаться с ростом х, так что при х-*-оо Апр(х) — = АрР(л:)-й). Решение уравнения диффузии при указанных граничных условиях имеет вид

Время рассасывания. Предположим, что при/=#4 входное напряжение мгновенно изменяется от значения ?Б1 до •—?Б2, после чего начинается процесс выключения. В цепи базы появляется отрицательный ток —/г;-;*5*—ЕБ2 IR\ при ?Б22>V53• С этим током связано скачкообразное понижение напряжения на базе, обусловленное изменением напряжения на сопротивлении базы 6?/БЭ= (/Б1-г7Б2)//-Б. Большой отрицательный базовый ток образуется движением электронов, накопленных в базе в режиме насыщения. Этот ток имеет ту же природу, что и обратный ток /^-«-перехода при выключении (см. § 2.7). На эмиттсрном и коллекторном переходах остаются прямые напряжения до тех пор, пока концентрация избыточных неосновных носителей у границ переходов в базе и коллекторе не уменьшится до нуля. Это явление аналогично

Кислород в монокристаллическом германии, даже в максимальных концентрациях (около 2-1018 атом/см3), не оказывает заметного влияния на электрические свойства. Однако для некоторых приборов, например для счетчиков ядерных излучений, требуется монокристаллический германий с концентрацией кислорода не выше ЫО14 атом/см3. Такой материал не может быть получен обычным способом— водородным восстановлением оксида германия (IV), после которого концентрация кислорода в германии составляет около 1-Ю18 атом/см3. Для этого применяют термическое разложение моногермана, проводимое при 280 °С:

Концентрация кислорода в монокристаллах германия определяется концентрацией в них примеси кремния. При низкой концентрации последнего в расплаве концентрация кислорода в монокристаллах германия возрастает. Наоборот, при увеличении концентрации кремния в расплаве германия концентрация кислорода в его монокристаллах падает. Однако расплав начинает насыщаться частицами оксида кремния (IV), создающими ряд дефектов в монокристаллах германия.

Влияние характера атмосферы на содержание кислорода в кремнии не однозначно. В общем случае вакуум способствует удалению оксида кремния (II) из расплава, что сдвигает реакцию (4.94а) вправо. Поэтому растворимость кварца в кремнии, выращиваемом в вакууме, выше, чем выращиваемом в атмосфере инертного газа: 8,5 и 6,25 мг/(см2-ч) соответственно. Однако вакуум способствует не только растворению оксида кремния (II) в расплаве кремния, но и его испарению с поверхности расплава. Скорость последнего процесса определяется рядом факторов, входящих в рассмотренный выше эффективный коэффициент испарения [см. уравнение (4.18а)]. В итоге конечный результат — накопление оксида кремния (II) в расплаве или его убыль — определяется соотношением обоих процессов. В общем случае концентрация кислорода в монокристаллах кремния, выращенных в вакууме, выше, чем в монокристаллах, выращенных в атмосфере инертного газа, особенно проточной.

Кислородная коррозия цинка по третьей из приведенных реакций саморазряда играет значительную роль в специфических условиях работы источника тока. Концентрация кислорода в растворе электролита остается постоянной даже в случае протекания кислородной коррозии в герметичных элементах. В этих элементах практически отсутствует газообмен между атмосферным воздухом, с одной стороны, и электролитом я накапливающимися в элементе газами вследствии коррозии цинка, .с другой стороны. Это объясняется тем, что количество растворенного в электролите кислорода определяется двумя факторами. Первый из них — равновесие между кислородом в электролите и в положительном электроде.

ТеЛю добавляются газообразйые соединения 1фимееи. Одиовремей-. но концентрация кислорода в газе-носителе увеличивается. Эти условия поддерживаются в течение всего времени диффузии. Затем подача газообразной примеси прекращается и пластины вы- _, нимаются из печи. /

Окислы образуются при реактивном распылении добавлением к газу нескольких процентов кислорода. Более высокая концентрация кислорода в газовой смеси приводит к образованию плотного окисного покрытия и прекращению разряда постоянного тока. Поэтому в установках с двумя электродами давление реактивного газа может меняться в очень узких пределах. В установках с тремя электродами, где поверхность мишени ниже поверхности подложки, диапазон изменения парциального давления реактивного газа значительно шире.

Диэлектрическая постоянная пленки SiO обычно ниже, чем диэлектрическая постоянная исходного материала. Это указывает на частичное окисление моноокиси кремния до 8Юз, которая имеет диэлектрическую постоянную около 4. Для того чтобы снизить количество SiO2 до минимума, концентрация кислорода и водяного пара в вакуумной камере должна быть минимальной. Скорость испарения моноокиси кремния также влияет на степень окисления и таким образом на его диэлектрическую постоянную и тангенс угла диэлектрических потерь.

Для тушения пожаров в закрытых помещениях рекомендуется применять водяной пар. Огнегасительные свойства пара заключаются в разбавлении им воздуха, в результате чего понижается концентрация кислорода и температура горячего вещества. Огнегасительная концентрация водяного пара в воздухе должна быть около 35% по объему. Водяной пар может быть использован для тушения обмоток электрических машин, а также различных твердых и жидких веществ.

одинаковой концентрации в теплоносителе на выходе канала добавка водорода в верхнюю часть замедлителя в HBWR (соответствующую верху спускной трубы в реакторах корпусного типа) была более эффективна, чем добавка водорода на вход канала. Это, вероятно, обусловлено тем фактом, отмеченным ранее, что большая часть энергии излучения в HBWR поглощается в замедлителе. В большей части изученного диапазона Хэммер и др. [17] нашли, что концентрация кислорода в паре обратно пропорциональна квадрату концентрации водорода в теплоносителе на выходе канала независимо от мощности:

При подобных условиях (напряжение, щель, высокая концентрация кислорода) нержавеющие стали типа 304 и 347 и инколой-800 также растрескиваются в воде при 316°С [46]. Растрескивания не обнаружено в системах, свободных от кислорода (с водородом), при экстремальных напряжениях, а также в некоторых испытаниях с водой, содержащей кислород, при напряжениях 90% от предела текучести [46]. Во всех цитируемых случаях трещины были межкристаллитными.

Коррозионные характеристики, описанные выше, определяют условия применения аустенитных нержавеющих сталей и инко-неля-600 в реакторах с водой под давлением. В первом контуре концентрация хлоридов и кислорода поддерживается на низких уровнях не более 0,1 мг^кг. Во втором контуре концентрация кислорода поддерживается на еще более низком уровне (0,005— 0,01 мг/кг) и хлориды не выше 0,3 мг/кг для нержавеющей стали. Для инконеля-600 предельная концентрация хлоридов увеличивается до 75 мг/кг. Система очистки воды второго контура используется для удаления свободной щелочи. Ввиду больших ограничений для нержавеющей стали в парогенераторах PWR все шире применяется инконель-600, в частности там, где используется охлаждение соленой водой.