Рекомбинации неравновесных

5) полупроводниковые индикаторы, в которых применяется излучение квантов света при рекомбинации неосновных носителей заряда в р-п-переходе;

При ?/кэ>^кэ,н на коллекторном переходе появляется обратное напряжение, на эмиттерном — сохраняется прямое. Этот режим подробно рассмотрен в § 1.4. Ток базы в этом режиме, обусловленный процессом рекомбинации неосновных носителей в базе, равен разности эмиттерного и коллекторного токов, он описывается выражением (1.3). Входная характеристика транзистора 1.7,6 в этом режиме строится по прямой ветви ВАХ эмиттерного перехода, но значения тока уменьшаются на коэффициент (1—а), показывающий, что ток базы — это лишь рекомбинацией-ная составляющая эмиттерного тока.

Энергия при рекомбинации неосновных носителей в p-n-переходе выделяется в виде фотонов, а частота светового излучения пропорциональна ширине запрещенной зоны полупроводникового материала. Так, если ширина запрещенной зоны более 1,8 В, то длина волны излучения менее 700 нм, т. е. излучение видимое. В табл. 11.1 приведены основные эксплуатационные характеристики некоторых светодиодов, работающих в диапазоне температур от

1. Эффективное время жизни неосновных носителей заряда 4ф — время, определяющее процесс рекомбинации неосновных носителей заряда в базе диода.

Увеличить быстродействие транзистора, работающего в качестве электронного ключа, т. е. уменьшить время рассасывания, можно путем введения в кристалл полупроводника примесей ре-комбинационных ловушек (золото для кремния). При этом будет уменьшено время жизни неосновных носителей заряда. Однако наряду с увеличением быстродействия в таких транзисторах, во-первых, будут меньше коэффициенты передачи тока из-за более интенсивной рекомбинации неосновных носителей заряда в базе.

Для ускорения процесса восстановления обратного сопротивления база в некоторых импульсных диодах легируется примесями, образующими ловушки и способствующими рекомбинации неосновных носителей. Легирование базы золотом позволяет снизить время восстановления примерно до 10~9 с.

На повышенных частотах коэффициент передачи тока (КПТ) с увеличением частоты уменьшается, что связано с инерционностью процессов пролета и рекомбинации неосновных носителей заряда в базе, а также с инерционностью процессов, связанных с перезарядом барьерных емкостей эмиттера и коллектора.

Для ускорения процесса восстановления обратного сопротивления база в некоторых импульсных диодах легируется примесями, образующими ловушки и способствующими рекомбинации неосновных носителей. Легирование базы золотом позволяет снизить время восстановления примерно до 10~9 с.

При ?/кэ>^кэ,н на коллекторном переходе появляется обратное напряжение, на эмиттерном — сохраняется прямое. Этот режим подробно рассмотрен в § 1.4. Ток базы в этом режиме, обусловленный процессом рекомбинации неосновных носителей в базе, равен разности эмиттерного и коллекторного токов, он описывается выражением (1.3). Входная характеристика транзистора 1.7,6 в этом режиме строится по прямой ветвн ВАХ эмиттерного перехода, но значения тока уменьшаются на коэффициент (1—а), показывающий, что ток базы — это лишь рекомбинацион-ная составляющая эмиттерного тока.

л+-слоем, расположенным между подложкой и п -областью ( 2.31). Этот слой выращивают методом эпитаксии, что и определило название соответствующей структуры. Наличие дополнительного высоколегированного л+-слоя способствует более быстрым процессам рекомбинации неосновных носителей. Кроме этого, в эпитаксиальной структуре используют облучение для уменьшения времени жизни носителей заряда.

В открытом состоянии ключа все р-л-переходы смещены в прямом направлении. При протекании прямого тока электроны и дырки преодолевают потенциальные барьеры данных переходов и диффундируют или переносятся полем, пока не прорекомбинируют или не будут собраны в выходных слоях структуры. Тепло в данном случае выделяется в местах рекомбинации неосновных носителей. Кроме того, в полупроводнике выделяется так называемое джоулево тепло, обусловленное падением напряжения, вызванное током основных носителей. Выделяется тепло также на контактах и в токо-проводящей разводке, что определяется омическими потерями.

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.

В основе метода затухания фотопроводимости лежит процесс рекомбинации неравновесных носителей заряда. В некоторый момент времени полупроводниковая пластина, через которую пропускается небольшой электрический ток, освещается коротким импульсом света. После прекращения светового импульса возбужденные светом носители заряда рекомбинируют в объеме и на поверхности образца. Изменение напряжения на образце отражает закономерности процессов рекомбинации и диффузии носителей заряда и дает возможность определить ряд параметэов полупроводникового материала.

При протекании через p-n-переход прямого тока проявляется диффузионная емкость, которая по мере увеличения тока может превысить барьерную. Носители заряда, инжектируемые р-п-пе-реходом, распространяются в р- и «-областях, подчиняясь законам диффузии. Вследствие рекомбинации концентрация этих носителей по мере диффузии в глубь областей полупроводниковой структуры убывает, причем глубина их проникновения имеет порядок диффузионной длины L. Этот процесс приводит к накоплению неравновесных носителей заряда вблизи р-п-перехода. Заряд этих носителей пропорционален току через р-я-переход, однако из-за сравнительно медленного характера диффузии и рекомбинации неравновесных носителей заряда он не может мгновенно изменяться при изменениях тока. Инерционность зарядов описывается временами жизни инжектируемых электронов и дырок и обусловливает емкостный характер реакции р-п-перехода на всякое изменение прямого тока. Это явление описывается эквивалентной диффузионной емкостью р-п-перехода, которая при достаточной протяженности обеих областей полупроводниковой структуры, превышающей диффузионную длину, на низких частотах составляет

5) в p-n-переходе не происходят процессы генерации или рекомбинации неравновесных носителей заряда;

В момент окончания импульса тока через диод, т. е. в момент разрыва цепи с диодом исчезает падение напряжения на объемном а) сопротивлении базы диода ( 3.34, б). Концентрация дырок в базе около р-и-перехода мгновенно измениться не может. Поэтому напряжение на p-n-переходе и соответственно на диоде после выключения тока уменьшается замедленно по мере рекомбинации неравновесных носителей в базе. Изменения в распределении концентрации дырок в базе диода со временем показаны на 3.34, е. Остаточное напряжение на диоде уменьшится до нуля после рекомбинации всех неравновесных носителей заряда в базовой области диода.

Для уменьшения времени выключения тиристоров, т. е. для ускорения рекомбинации неравновесных носителей заряда, накопленных в базовых областях, необходимо уменьшить время жизни неосновных носителей заряда в высокоомной толстой базе.

метода получения и легирования нитрид галлия обладает только электропроводностью л-типа. Поэтому для получения излучения при рекомбинации неравновесных носителей заряда в данном случае надо создать выпрямляющий электрический переход в виде перехода Шотки на контакте металла с нитридом галлия.

ставляет собой среднее время от момента появления неравновесного носителя до его рекомбинации. Конечно, при рекомбинации исчезают и основные носители, избыточные концентрации которых в силу условия Арп = Ап„ подчиняются тому же уравнению (1.18). Однако в большинстве случаев интересуются поведением именно неосновных носителей и уравнение (1.18) записывают относительно избыточных концентраций неосновных носителей. Величина Дрп/Тр имеет смысл скорости рекомбинации неравновесных носителей, т.е. числа рекомбинирующих носителей в единице объема в единицу времени.

При собственном поглощении уменьшение длины волны излучения начиная с красной границы фотоэффекта Ягр (см. 7.2) приводит к резкому увеличению фотопроводимости, значение которой проходит через максимум, а затем падает. Причиной этого уменьшения фотопроводимости является изменение области генерации свободных носителей в полупроводнике. С укорочением длины волны область генерации носителей перемещается в быстро сужающийся поверхностный слой полупроводника, где поглощается основная часть энергии излучения (аф возрастает). Из-за поверхностных явлений в полупроводнике увеличивается скорость рекомбинации неравновесных носителей и уменьшается время их жизни (см. § 1.8), поэтому поверхностный слой не может внести заметного вклада в общую проводимость толстого полупроводника. При собственном поглощении происходит генерация пар носителей,

Температурные характеристики фоторезистора /?тм = = Ф(Г) и 1ф = $(Т) приведены на 7.30. Увеличение температуры вызывает термогенерацию носителей, что снижает темновое сопротивление #Тм. С ростом температуры повышается вероятность рекомбинации неравновесных носителей и уменьшается время их жизни из-за увеличения

Глубокие примесные уровни. Некоторые примеси создают в полупроводниках примесные уровни, расположенные далеко от границ энергетических зон. Такие уровни называются глубокими. В кремнии и германии подобные уровни создают атомы золота, меди, марганца, железа и др. Эти уровни играют большую роль в протекании процессов рекомбинации неравновесных носителей заряда.