JoVE Logo

Войдите в систему

10.4 : Основы теории полупроводников

Генерация носителей — это процесс, посредством которого внутри полупроводника создаются электронно-дырочные пары (ЭДП). В полупроводниках с прямой запрещенной зоной, таких как арсенид галлия (GaAs), это эффективно происходит, когда поглощение энергии заставляет валентные электроны “прыгать” в зону проводимости, оставляя после себя дырки.

Этот процесс определяется скоростью генерации G и эффективен из-за сохранения импульса между максимумом валентной зоны и минимумом зоны проводимости.

Косвенная генерация включает промежуточный этап и типична для полупроводников с непрямой запрещенной зоной, таких как кремний (Si). Полупроводники с непрямой запрещенной зоной требуют дополнительного импульса от фононов, что делает генерацию носителей менее эффективной. Генерация Оже и ударная ионизация создают множественные ЭДП в высокоэнергетических средах, таких как сильные электрические поля.

Рекомбинация – это процесс, приводящий к уменьшению числа свободных носителей заряда. Прямая межзонная рекомбинация происходит в полупроводниках, таких как арсенид галлия, где электроны и дырки рекомбинируют напрямую, без промежуточных состояний.

Скорость рекомбинации для полупроводника n-типа, где электроны являются основными носителями, определяется выражением:

Equation 1

Где B — коэффициент рекомбинации, а n и p — концентрации электронов и дырок соответственно. Косвенная рекомбинация включает ловушки: локализованные энергетические состояния внутри запрещенной зоны. Носители временно захватываются этими состояниями, а затем рекомбинируют, выделяя энергию в виде тепла (безызлучательный процесс).

Равновесие между генерацией и рекомбинацией описывается формулой:

Equation 2

В неравновесных условиях избыточные носители вызывают результирующую скорость рекомбинации U, которая стремится к восстановлению равновесия. При инжекции низкого уровня, когда концентрация неосновных носителей (Δp) значительно ниже, чем концентрация основных носителей, скорость равна:

Equation 3

Скорости генерации носителей и рекомбинации сбалансированы при тепловом равновесии. Однако, когда внешние силы, такие как свет или электрические поля, нарушают это равновесие, полупроводник переходит в неравновесное состояние. Динамика возвращения к равновесию включает в себя сложные взаимодействия между этими механизмами генерации и рекомбинации.

Теги

Carrier GenerationElectron hole PairsSemiconductorDirect bandgap SemiconductorsGallium ArsenideConduction BandIndirect GenerationPhononsAuger GenerationImpact IonizationRecombinationN type SemiconductorRecombination CoefficientMajority CarriersEnergy StatesNon radiative ProcessThermal EquilibriumNon equilibrium State

Из главы 10:

article

Now Playing

10.4 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

496 Просмотры

article

10.1 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

674 Просмотры

article

10.2 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

529 Просмотры

article

10.3 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

484 Просмотры

article

10.5 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

388 Просмотры

article

10.6 : Основы теории полупроводников

Basics of Semiconductors

448 Просмотры

article

10.7 : Смещение PN-перехода

Basics of Semiconductors

402 Просмотры

article

10.8 : Переходы металл-полупроводник

Basics of Semiconductors

281 Просмотры

article

10.9 : Смещение переходов металл-полупроводник

Basics of Semiconductors

201 Просмотры

article

10.10 : Уровень Ферми

Basics of Semiconductors

452 Просмотры

article

10.11 : Динамика уровня Ферми

Basics of Semiconductors

217 Просмотры

JoVE Logo

Исследования

Образование

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены