Неравновесных носителей

где т„, Tp — среднее время жизни неравновесных электронов и дырок (средний интервал между моментами рекомбинации).

Полное изменение концентрации неравновесных электронов в единицу времени

Рассмотрим условия, при которых время жизни неравновесных носителей заряда имеет постоянное значение. В общем случае время жизни неравновесных электронов и дырок зависит от концентрации носителей заряда; вид этой зависимости определяется механизмом рекомбинации. Например, при межзонной излучатель-ной рекомбинации изменение концентрации носителей заряда во времени в отсутствие генерации можно выразить в виде

Если концентрация ловушек захвата не мала, то концентрация электронов (дырок), захваченных ловушками А/г3, составляет значительную часть. При этом условие Ал=Др не выполняется; в данном случае справедливо соотношение Дп + Дг3=Др. Неравенство избыточных концентраций электронов и дырок ведет к неравенству времени жизни неравновесных электронов и дырок.

В этом случае концентрации неравновесных электронов и дырок являются функциями только двух координат х и 2 и времени t. Уравнение непрерывности вне области генерации и граничные условия имеют следующий вид:

Если учитывать равенство подвижностей равновесных и неравновесных электронов, то изменение фотопроводимости при освещении полупровод-

пределах 0,1—0,5 мОм; 4) емкость коллекторного перехода Ск, характеризуемая сосредоточением по обе границы раздела р и л-елоя объемных зарядов, создаваемых ионами примесей, а также при изменении суммарных зарядов неравновесных электронов и дырок в областях р—«-переходов в результате изменения напряжения на них. Величина емкости Ск зависит от типа транзистора и лежит в пределах от десят- Рис ц2. Т-образная схема ков до сотен пикофарад. Влияние замещения транзистора с ОЭ емкости Ск на работу транзистора

Если бы рекомбинация неравновесных электронов и дырок, вводимых в выпрямляющий электрический переход или в прилегающие к нему области при прохождении прямого тока, происходила только с излучением фотонов, то внутренний квантовый выход (отношение излученных фотонов к числу рекомбинировав-ших пар носителей) был бы равен 100%. Однако значительная часть актов рекомбинации может заканчиваться выделением энергии в виде элементарных квантов тепловых колебаний — фононов. Такие переходы электронов между энергетическими уровнями называют безызлучательными. Соотношение между излучательными и безызлучательными переходами зависит от ряда причин, в частности от структуры энергетических зон полупроводника, наличия примесей, которые могут увеличивать или уменьшать вероятность излучательных переходов. Из освоенных в настоящее время полупроводниковых материалов наилучшими с точки зрения внутреннего квантового выхода являются соединения GaAsi-^P* при х = О..Д45. Ширина запрещенной зоны этих соединений увеличивается от 1,424 при х = 0 до 1,977 эВ при х = 0,45.

При подключении вывода базы к внешней схеме ток базы может изменяться при освещении фототранзистора. Степень изменения этого тока зависит от сопротивлений в цепи базы. Изменение тока базы происходит в результате выхода неравновесных электронов из нее во внешнюю базовую цепь. В результате накопленный в базе заряд основных носителей уменьшается, что уменьшает усиление фототока.

где т„л = рл)" — время жизни неравновесных электронов при низком уровне инжекции.

где Qn — абсолютная величина полного заряда неравновесных электронов в рассматриваемой области; /„ — полный ток электронов через ее поверхность, который считается положительным, если электроны втекают в область. В соответствии с этим уравнением скорость изменения полного заряда электронов в рассматриваемой области,

'В неравновесном состоянии скорости рекомбинации г и генерации g неодинаковы, поэтому происходит накопление (или рассасывание) неравновесных носителей со скоростью, равной разнице скоростей генерации и рекомбинации.

Неравновесное состояние характеризуется равенством избыточных концентраций (А/г = Ар), а также увеличением скорости генерации, которая возрастает на величину Ag и становится равной 8 ~ ей ~Ь Ag. Скорость накопления An/A/ (или рассасывания) неравновесных носителей определяется уравнением Дгс/Д^ = g — г.

Барьерная емкость резко уменьшается с увеличением обратного напряжения ( 4.6). При приложении к р — п-переходу напряжения в проводящем направлении большое количество носителей заряда диффундирует через пониженный потенциальный барьер и не успевает при этом рекомбинировать. В области р — «-перехода происходит накопление инжектированных неравновесных носителей и образуемого ими заряда, причем процесс накопления зависит от приложенного напряжения. В результате появляется емкость, которая называется диффузионной, так как она обусловлена диффузионными процессами в переходе. Эту емкость, CD, можно представить как отношение заряда AQo к вызвавшему его к уменьшению напряжения Д?Л

Эффект накопления зависит от величины прямого тока, так как с увеличением тока возрастает концентрация неосновных неравновесных носителей и время, необходимое для установления равновесного состояния.

Диффузионная емкость коллекторного перехода обусловлена приращением заряда неравновесных носителей в базе, вызываемым модуляцией толщины базы (см. § 6.6). Для большинства транзисторов выполняется соотношение Ск б 3> Ско, поэтому емкость коллектора принимаем равной барьерной С„ = Ск б- Для ее определения используем выражение (4.13). Подставив в него значения С = Скс5 S = SK; 1/ = {/„б. получим

Наряду с барьерной емкостью в транзисторе имеет место диффузионная емкость, обусловленная изменением заряда неравновесных носителей при приращении напряжения на эмиттерном переходе (при постоянном коллекторном напряжении): Сао = dQ/dU3B.

Ларяду с процессом генерации неравновесных носителей под действием светового излучения, в полупроводнике имеет место обратный процесс — рекомбинация, который в значительной степе-ни воздействует на параметры фотореэистора и особенно на его ток фотопроводимости.

При воздействии освещения происходит процесс нарастания избыточной концентрации носителей, а при выключении освещения — ее спад. Эти явления называются релаксацией фотопроводимости. Когда полупроводниковый чувствительный слой имеет проводимость р-типа, в единицу времени в единице объема происходит генерация неравновесных носителей;

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—

Разновидности таких диодов с уменьшенной площадью р—я-перехода (микросплавные, мезадиоды и т.п.) часто называют импульсными благодаря возможности их работы в быстродействующих схемах с временем переключения не более 1 мкс. Различными конструктивно-технологическими приемами достигается усиленное рассасывание неравновесных носителей заряда вблизи р-п -перехода.

избыточная концентрация неосновных носителей заряда, что приводит к изменению прямого сопротивления диода, а следовательно, к превышению возникшего напряжения ?/притах над установившимся 1/Пр.уст- Поскольку избыточный неравновесный заряд в базе рассасывается не мгновенно, то напряжение (Упри тах снижается до 1,2 i/пр.уст за конечный промежуток времени, называемый временем установления прямого сопротивления (напряжения) /уст. Наиболее эффективным способом снижения /Уст является уменьшение толщины базы и времени жизни неравновесных носителей заряда. Существенное снижение времени жизни неравновесных носителей (до 0,5—0,3 не) достигается легированием германия и кремния золотом (так называемые импульсные диоды с золотой связкой). При этом также уменьшаются емкость Сд и обратный ток диода.