Генерация носителей заряда в полупроводниках. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Генерация носителей заряда в полупроводниках - появление электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Генерация носителей заряда в полупроводниках 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. Мерой генерации носителей заряда в полупроводниках является скорость генерации - число носителей, возникающих в единице объёма за единицу времени. Тепловая генерация носителей заряда в полупроводниках в равновесном полупроводнике уравновешивается их рекомбинацией (см. Рекомбинация носителей заряда), поэтому скорость тепловой генерации G равна скорости рекомбинации, т. е.

, где п₀ - равновесная концентрация носителей, t- время жизни неравновесных носителей.

В случае оптической генерации носителей заряда концентрация неравновесных носителей может превосходить равновесное значение на много порядков. Межзонное поглощение света, происходящее, когда энергия кванта

превосходит ширину запрещённой зоны

, приводит к генерации электронно-дырочных пар

, примесное поглощение - к генерации электронов

или Дырок

. Скорость оптической генерации носителей заряда при

зависит от интенсивности света. При малых интенсивностях эта зависимость обычно линейна и описывается ф-лой

где I₀ - плотность потока световых квантов (число квантов, падающих на единицу площади за единицу времени),

- коэф. поглощения света, х - глубина проникновения,

- квантовый выход (коэф., определяющий, какая доля поглощённых квантов приводит к появлению носителей заряда). При

, т. к. внутризонное поглощение света не приводит к появлению новых носителей. При

возможно

, т. к. из-за взаимодействия между электронами один фотон может возбудить более одного электрона.

При

(рентг. или

-излучение) генерация носителей заряда состоит из первичного акта ионизации , при к-ром возникают носители большой энергии

, и множественных процессов ударной ионизации, в к-рых образуются новые электронно-дырочные пары. При этом

, однако

. Последнее связано с необходимостью сохранения импульса в элементарных актах рождения электронно-дырочных пар с возбуждением колебаний решётки. При.

часто пользуются приближённой ф-лой

. Аналогичным образом протекает генерация носителей заряда, если вместо фотонов использовать заряж. частицы большой энергии

(электроны, протоны, a-частицы и т. п.; см. Полупроводниковый детектор частиц).

При высоких интенсивностях света (лазерное излучение), когда существенны ''процессы многоквантового поглощения света, зависимость скорости генерации носителей заряда от интенсивности становится нелинейной (см. Многофотонные процессы, Полупроводниковый лазер).

Генерация носителей заряда происходит также в присутствии сильного электрич. поля вследствие ударной ионизации и туннельных переходов электронов в зону проводимости из валентной зоны (т. н. пробой Зенера) и с примесных уровней.

Литература по генерации носителей заряда

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.