Процессы генерации ННЗ в полупроводниках

1. Поглощение света с соответствующей энергией кванта

2. Ионизация при поглощении рентгеновского и γ-излучений

3. Ионизация при прохождении частиц высоких энергий (ионы, протоны, электроны, нейтроны).

4. Инжекция (введение) НЗ г/з контакт металл-полупроводник или p-n переход.

5. Генерация в результате действия сильных электрических полей.

Рассмотрим подробнее возникновение ННЗ вследствие оптического поглощения (внутренний фотоэффект). Возникновение ННЗ проявляется в изменении электрической проводимости полупроводника, и это явление называется фотопроводимостью. Электронные переходы при оптической генерации могут быть различными. Обозначим возможные переходы в полупроводниках под действием света на энергетической зонной диаграмме:

Один тип диффузантов и один энергетический уровень – в таком полупроводнике возможны следующие переходы:

1. Переход возникает, когда на полупроводник падает свет. Кванты света с энергией больше ширины запрещенной зоны. Ионизация атомов кремния за счет hv (энергия) выше ННЗ, число электронов равно числу дырок (∆n = ∆p).Такая фотопроводимость – собственная фотопроводимость hv = ∆E (собственная генерация)

Как меняется интенсивность света?

Пусть интенсивность света равна I.

Интенсивность света – фатонов, падающих на единицу площади в единицу времени.

Количество световой энергии, поглащаемой в единицу времени в слое. Толщиной dx и площадью 1 см², будет равно:

-dI = αId_x

I- интенсивность падает;

x- направление распределения света;

α - коэффициент пропорциональности, называют коэффициентом поглощения света.

Количество световой энергии, поглощенной в единицу времени в единице объема, будет равно:

-dI/dx = αI

После интегрирования с учетом граничныч условий:

X = 0;

I = I₀;

I = I₀e^{-αx -} закон Бугера-Ламберта

… α - численно равен толщине слоя вещества, после прохождения которого интенсивность света уменьшается в e раз.

… α = f (hv) = h (λ) – спектр поглощения каждого вещества.

Введем коэффициент пропорциональности β, показывающий сколько электронов или дырок возникает при поглощении одного кванта света. Введем понятие скорости генерации. Величина g называется скоростью генерации, определяется:

g_n = αβ_nI – для процесса (2) – β_p = 0

g_p = αβ_pI – для процесса (3) – β_{n =} 0

Возможен процесс (2), когда hv>E₁

(2) – электрон отрывается от примесного атома и переходит в зону проводимости, появляется свободный электрон (дырок вместо электронов не будет). Говорим о примесной монополярной фотопроводимости (возникает один электрон).

Возможен (3) – электрон переходит из валентной зоны на наш уровень, в валентной зоне появляется свободная подвижная дырка. Говоря о скорости генерации дырок:

Β_n = β_p = β – для процесса (1)

g = αβI

g_n = αβ_nI

g_p = αβ_pI

g – скорость генерации – сколько насителей того или иного знака создается за 1 секунду в единице объема полупроводника.

Если поглощающийся свет hv>ΔE₁, тогда β_n = β_p = β; g = α_βI

Квант выход β зависит от энергии квантов света.

Пока hv<∆E квант выход β → 0

∆E – ширина запрещенной зоны.

Дата добавления: 2014-01-06