2. Виды генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниках. Использование этих явлений при создании полупроводниковых приборов. Подвижность носителей заряда.

ГЕНЕРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА в полупроводниках - появление электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Г. н. з. происходит под действием теплового движения атомов кристаллич. решётки (тепловая генерация), а также внеш. факторов - освещения (оптич. генерация), облучения потоками частиц, сильных электрич. полей и др.

Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда неотъем­лемы друг от друга и противоположны по содержанию. Рекомбина­ция противодействует накоплению носителей, благодаря ей носители имеют конечное время жизни. Этот параметр во многом определяет длительность переходных процессов.

Переходы между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности называют электронно-дырочными или р-п-переходами.

Переходы между двумя областями с одним типом электропро­водности (п- или p-типом), отличающиеся концентрацией приме­сей и, соответственно, значением удельной проводимости, называют электронно-электронными (п-п+ -переход) или дырочно-дырочными (р-р+ -переход), причем знак + в обозначении одного из слоев показы­вает, что концентрация носителей заряда одного типа в этом слое зна­чительно выше, чем во втором, и поэтому слой имеет меньшее удельное электрическое сопротивление.

Переходы между двумя полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны, называют гете­ропереходами. Если одна из областей, образующих переход, является металлом, то такой переход называют переходом металл — полупрово­дник.

Различают непосредственную рекомбинацию и рекомбинацию на примесных центрах.

Непосредственная рекомбинация — это переход электронов из зоны проводимости в валентную зону. При таком переходе выделяет­ся энергия qф_g такая же какая была затрачена на переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. При этом возможны излучательная и безызлучательная непосредственные рекомбинации. В це­лом процесс непосредственной рекомбинации маловероятен. Энергия выделяется в виде фотона (излучательная рекомбинация), либо в виде фонона (безызлучательная рекомбинация).

Главную роль играет рекомбинация на примесных центрах. Ре­акция идет через глубокие уровни, расположенные вблизи середины запрещенной зоны, которые называются ловушками. Процесс двух­этапный. Сначала электрон переходит из зоны проводимости на уро­вень ловушки, а затем с уровня ловушки в валентную зону. На каж­дом этапе выделяется энергия, близкая к половине ширины запрещенной зоны qф_g, т.е. вдвое меньшая, чем при непосредственной рекомбинации.

Рекомбинация равновесных носителей заряда. Вероятность непосредственной рекомбинации электрона с одной из дырок в еди­ницу времени можно записать следующим образом:

где г — коэффициент рекомбинации; — эффективное сечение за­хвата; —средняя тепловая скорость электронов.

Рекомбинация равновесных носителей заряда

Рекомбинация на ловушках

Поверхностная рекомбинация

Подвижность носителей заряда — коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей и приложенным внешним электрическим полем. Определяет способность электронов и дырок в металлах и полупроводниках реагировать на внешнее воздействие.

Размерность подвижности м²/(В·с) или см²/(В·с). Фактически подвижность численно равна скорости носителей заряда при напряженности электрического поля в 1 В/м.