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:
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:
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:
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.
Из главы 10:
Now Playing
Basics of Semiconductors
496 Просмотры
Basics of Semiconductors
674 Просмотры
Basics of Semiconductors
529 Просмотры
Basics of Semiconductors
484 Просмотры
Basics of Semiconductors
388 Просмотры
Basics of Semiconductors
448 Просмотры
Basics of Semiconductors
402 Просмотры
Basics of Semiconductors
281 Просмотры
Basics of Semiconductors
201 Просмотры
Basics of Semiconductors
452 Просмотры
Basics of Semiconductors
217 Просмотры
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены