Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

II. Теоретические основы метода




I. Цель работы

1. Ознакомление с фотоэлектрическими свойствами полупроводника.

2. Экспериментальное определение времени жизни неравновесных носителей в полупроводниковых образцах методом релаксации фотопроводимости.

 

В основе метода определения времени жизни носителей заряда лежит явление рекомбинации неравновесных носителей заряда (ННЗ), к которым относятся электроны и дырки проводимости не находящиеся в термодинамическом равновесии при данных условиях, как по концентрационному так и по энергетическому распределению.

Одной из причин вызывающих генерацию ННЗ является процесс взаимодействия светового излучения с полупроводником, в результате которого происходит поглощение световых квантов.

Известны несколько механизмов поглощения (см. рис. 1):

1.Собственное поглощение (1) - возбужденные фотонами электронов в валентной зоне с последующим переходом их в зону проводимости.

2.Экситонное поглощение (2) - образование особых возбужденных состояний электронов валентной зоны, которые представляют собой систему из взаимосвязанных собственными электростатическими полями электрона на экситонном уровне и оставленной им дыркой.

3.Поглощение носителями заряда (3, 3/) - возбуждение носителей заряда с последующим переходом электронов и дырок с одного энергетического уровня на другой внутри зоны проводимости и валентной зоны.

4.Примесное поглощение (4, 4/) - ионизация примесных атомов, когда энергия квантов света тратится на переход электронов с донорных уровней Wd в зону проводимости, либо на переход электронов из валентной зоны на акцепторные уровни Wa.

5. Поглощение решеткой - энергия световых квантов расходуется на изменение колебательной энергии атомов.

Генерация ННЗ происходит при действии 1 и 4 механизмов поглощения.

 

Рис. 1. Возможные переходы носителей заряда при поглощении квантов света полупроводником W g, D W d и D W a -соответственно энергии ионизации собственных, донорных и акцепторных атомов.

 

 

При длительном воздействии светового излучения постоянной плотности на полупроводник процесс генерации ННЗ уравновешивается обратным процессом, который называется рекомбинацией.

В результате в полупроводнике устанавливается некоторая стационарная избыточная по отношению к равновесной концентрация электронов и дырок. После прекращения светового воздействия рекомбинационные процессы приводят к уменьшению концентрации ННЗ до нуля и в образце устанавливается термодинамическое равновесие.

Различают три основных процесса рекомбинации:

1.Прямая рекомбинация - одноступенчатый переход электрона с зоны проводимости в валентную зону, причем энергия выделяемая в данном процессе затрачивается либо на увеличение колебательной энергии атомов (безизлучательная рекомбинация), либо на излучение кванта света (излучательная рекомбинация).

2.Рекомбинация через центры захвата - переход электрона из зоны проводимости в валентную зону через локальное состояние, энергетический уровень которого лежит в запрещенной зоне.

3.Поверхностная рекомбинация - аналогична процессу 2, но переход осуществляется через энергетические уровни, появление которых особенностями структурного и физико-химического состояния поверхности образца.

В процессе воздействия светового потока на полупроводник полная концентрация электронов и дырок равна простой сумме концентраций равновесных (n0, p0) и неравновесных (Dn, Dp) носителей заряда

n=n0+Dn (1)

p=p0+Dp

Возникновение ННЗ приводит к изменению проводимости s полупроводника.

s=sT+Ds=е(n0×mn+ p0×mp)+e(Dn×mn+Dp×mp) (2)

где mn и mp подвижность носителей заряда; sT и Ds - темновая (равновесная) и световая (неравновесная) проводимость; e - заряд носителя.

Прекращение светового воздействия приводит к уменьшению концентрации ННЗ и соответственно к спаду фотопроводимости. Изменение концентрации ННЗ в единицу времени есть разность между скоростями генерации g и рекомбинации r.

Для электронов

(3)

для дырок

(4)

Если прекратить освещение образца, то генерация прекратится и уравнения (3) и (4) можно записать в виде:

(5)

(6)

В случае линейной рекомбинации, когда концентрация Dn<<p и Dp<<n можно представить в виде:

rn=Dn/tn (7)

rp=Dp/tp (8)

где tn(tp) - время, в течении которого возбужденный электрон находится в зоне проводимости (возбужденная дырка в валентной зоне).

Подставив (7) и (8) в (5) и (6) и решив соответствующие уравнения относительно текущей концентрации ННЗ получим

Dn= Dn0×exp(-t/tn) (9)

Dp= Dp0×exp(-t/tp) (10)

где Dn0 и Dp0 - концентрация неравновесных электронов и дырок в момент t=0. Из (7), (8) видно, что концентрация избыточных носителей уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени tn и tp. Если учесть условие электронейтральности Dn=Dp, то величины tn и tp можно определить как среднее время жизни t электронно-дырочных пар.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-07-02; Просмотров: 627; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.015 сек.