Неравновесном состоянии

Метод релаксации инверсного слоя. Измерение объемного генерационного времени носителей заряда в МДП-структурах основано на исследовании процесса генерации носителей заряда в обедненной области структуры при ее переходе из неравновесного состояния глубокого обеднения в квазиравновесное состояние с образованием инверсного слоя.

Для неравновесного состояния, т. е. такого, при котором газ не имеет по всей массе одного и того же значения давления и температуры (а следовательно, и удельного объема), выведенное характеристическое уравнение неприменимо.

Возбуждение электролюминофора, т. е. создание неравновесного состояния поверхностных слоев отдельных кристаллов электролюминофора, происходит из-за инжекции носителей заряда через потенциальные барьеры на поверхности отдельных, контактирующих между собой кристаллов электролюминофора и из-за инжекции из электродов. При рекомбинации инжектированных носителей избыточная энергия может выделяться в виде квантов света. Возбуждение электролюминофора может происходить также из-за эффектов сильного поля (туннелирование и ударная ионизация) в обедненных поверхностных слоях кристаллов электролюминофора.

Для решения уравнения (1.125) необходимо задать граничные условия на правой границе ОПЗ р-п перехода при *=+0 и на п-п+ переходе. Тут возникают затруднения. При высоком уровне инжекции граничные условия для неосновных носителей заряда, введенные в § 1.3.4, уже неверны. Для получения граничных условий необходимо вернуться к выражениям (1.9) или (1.46) для концентрации электронов и дырок. В термодинамически неравновесном состоянии уже не существует единого уровня Ферми для всей системы. Однако можно сохранить выражения в виде (1.9) и для неравновесного состояния, если ввести квазиуровни Ферми отдельно для электронов Sgn и для дырок €rv. В этом случае

Аэрогидроударные Гр.ДЭ. Их используют для получения большого «толчкового» (ударного) импульса атмосферного или подводного давления. В атмосфере для создания такого неравновесного состояния надо затрачивать работу (на откачку, например, трубы до глубокого вакуума), под водой же этого не требуется: закрытая труба под действием силы тяжести опускается на большую глубину и в нужный момент открывается для впуска воды повышенного, по сравнению с атмосферным, давления.

В подпрограмме Б—II решаются совместно дифференциальные и алгебраические уравнения, описывающие изменение параметров газа вдоль оси г. Если течение рассчитывается от равновесного начального состояния, то исходные данные подаются на вход подпрограммы Б — I, если же исследуется течение от неравновесного состояния,— непосредственно на вход подпрограммы Б—II.

Во всех указанных случаях принималось, что на входе в регенератор по холодной стороне четырехокись азота находится в состоянии термохимического равновесия. При расчете параметров по обогреваемой стороне регенератора интегрирование уравнений (3.103), (3.116) — (3.119) начиналось с некоторого неравновесного состояния, которое определялось в результате вычисления параметров N2O4 в трубопроводе, соединяющем турбины высокого давления и регенератор. При расчете параметров потока в трубопроводе в качестве начальных условий рассматривались параметры на выходе из проточной части турбины, определенные по методу, изложенному в параграфе 2 этой главы. Установлено, что во всех исследованных случаях реагирующая система поступает на вход в регенератор при наличии отклонения от состояния термохимического равновесия.

Если распределение частиц по энергетическим уровням в квантовой системе отличается от равновесного и внешние воздействия отсутствуют, то происходит релаксация — переход системы из неравновесного состояния в равновесное. Процесс релаксации описывается убывающей экспоненциальной функцией вида ev~'/Tp. Здесь tp, называемое временем релаксации, есть такой отрезок времени, в течение которого отклонение системы от равновесного состояния уменьшается в е раз. В литературе среднее время жизни частицы называют также временем релаксации. В некотором смысле время релаксации можно сопоставить с постоянной времени переходного процесса в электрической цепи.

Равновесному состоянию вещества («i>nz) соответствует положительная температура. При возрастании населенности верхнего уровня температура становится сначала бесконечно большой (П = Пг), а затем отрицательной (ni
фом происходит пространственное разделение неравновесных носителей: электроны скапливаются в минимумах потенциального рельефа, а дырки — в максимумах. В результате возрастают время релаксации неравновесного состояния и значение проводимости.

В многослойной структуре с р—«-переходами после засветки (прохождения тока) в течение длительного времени сохраняется неравновесное распределение объемного заряда и неравновесная проводимость, что может быть связано с перезарядкой емкостей р—л-переходов [21]. Время релаксации неравновесного состояния может быть намного больше времени жизни носителей,, особенно у широкозонных полупроводников. Внутри многослойных структур после засветки (прохождение импульса тока) сохраняются области объемного заряда с большими разностями потенциалов. Последующее приложение напряжения требует введения меньших зарядов для обеспечения стационарного распределения объемных зарядов, так как основная часть зарядов в нейтральных областях уже имеется. Перезарядка емкостей переходов обеспечивается в основном токами смещения через эти переходы и перемещением объемного заряда от прямосмещенных переходов к обратносмещенным.

Газоаккуму.шрующая система находится в механически неравновесном состоянии по отношению к окружающей среде: при равенстве температур системы и окружающей среды (Г=7'ос) давление системы р>р0,с, поэтому система может совершать работу. Запас упругой энергии сжатого в баллоне объемом V газа составляет

4.4. Анализ р — п-перехода в неравновесном состоянии....... 50

'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.

Предположим, что начальные концентрации электронов и дырок в состоянии равновесия равны соответственно п0 и р0. В неравновесном состоянии появляются избыточные концентрации электронов An и дырок Ар. В этом случае суммарные неравновесные концентрации электронов и дырок можно представить в виде п=п0 + Дп, р = РО + Ар.

4.4. Анализ р-—«-перехода в неравновесном состоянии

Появление тока термогенерации /тр связано с процессами генерации и рекомбинации, подробно рассмотренными в §4.1. В равновесном состоянии этот ток компенсируется равным по величине током рекомбинации /рек, а в неравновесном состоянии это равенство нарушается. Если приложено обратное напряжение, ток рекомбинации практически равен нулю, так как при увеличении потенциального барьера проникновение носителей в область перехода и их последующая рекомбинация затруднены. Составляющая /тг складывается с тепловым током /0, увеличивая значение обратного тока. С ростом обратного напряжения увеличивается ширина перехода, что способствует росту генерации носителей внутри перехода и соответственно увеличению тока /тг. Величина тока термогенерации зависит от типа полупроводника. Например, для германия /тг//0 = 0,1; для кремния /Т1//0 = 1000. На основании этих выкладок можно сделать вывод, что обратный ток в германиевых р — «-переходах обусловлен в основном тепловым током, а в кремниевых р — п-переходах — током термогенерации.

Скорость поверхностной рекомбинации. Условия на поверхности полупроводника влияют на характер распределения неравновесных носителей заряда вследствие процесса поверхностной рекомбинации. В неравновесном состоянии существует диффузионный поток неравновесных носителей заряда к поверхности, которые рекомбинируют на поверхности образца. Этот поток, направленный к поверхности, полагают пропорциональным

Толщина эпитаксиального слоя определяется начальной температурой эпитаксии Ттах интервалом и скоростью охлаждения, а также соотнощением объема расплава и площади поверхности подложки, находящейся в контакте с расплавом. В реальных условиях при наличии в растворе примесей или в случае гетероэпитаксии насыщенный раствор и подложка оказываются в неравновесном состоянии. Вследствие обмена между ними состав поверхностного слоя твердой фазы меняется до наступления квазиравновесия, отличающегося от равновесия наличием градиента состава в эпислое на границе раздела слой — расплав (раствор).

вызывает протекание через переход тока термогенерации. В равновесном состоянии диода этот ток компенсируется равным ему встречным током рекомбинации, который обусловлен носителями, непрерывно проникающими в переход из прилегающих к нему областей » успевающими рекомбинировать. В неравновесном состоянии диод» взаимная компенсация токов рекомбинации и термогенерации нарушается.

В неравновесном состоянии распределение свободных электронов и дырок уже не соответствует распределению этих носителей заряда при термодинамическом равновесии. Поэтому в неравновесном состоянии распределение свободных электронов по энергетическим уровням характеризуется своим квазиуровнем Ферми для электронов, распределение дырок — своим квазиуровнем Ферми для дырок, которые имеют тот же смысл для полупроводника в неравновесном состоянии, что и уровень Ферми в условиях термодинамического равновесия. Чем больше неравновесные концентрации свободных электронов и дырок отклоняются от своих равновесных значений, тем больше отличается положение квазиуровней Ферми для электронов и для дырок от положения уровня Ферми в условиях термодинамического равновесия.

1.8. Вероятность заполнения энергетических уровней и состоянии термодинамического равновесия (кривая /) и в неравновесном состоянии (кривая 2) и расположение квазиуровней Ферми или демаркационных уровней для электронов и дырок