к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках

Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках - исчезновение пары свободных противоположно заряженных носителей в результате перехода электрона из энергетич. состояния в зоне проводимости в незанятое энергетич. состояние в валентной зоне (см. Полупроводники ).При Р. выделяется избыточная энергия порядка ширины запрещённой зоны 4037-39.jpg. Различают излучательную и безызлучатель-ную Р. Первая сопровождается излучением светового кванта с энергией4037-40.jpg(см. Рекомбинационное излучение). При безызлучательной Р. избыточная энергия может непосредственно передаваться решётке путём возбуждения её колебаний (фононная безызлучатель-ная Р.) пли рекомбинирующий электрон посредством кулоновского взаимодействия может передать энергию др. электрону зоны, переводя его в высокоэнергетич. состояние (оже-рекомбинация).

При безызлучательной фононной Р. электрону для выделения энергии ~4037-41.jpgтребуется возбудить в одном акте неск. десятков фононов, т. к. обычно в полупроводниках4037-42.jpg~ 1-2 эВ, а макс. энергия фонона составляет сотые эВ. Такие многофононные перехо-ды имеют ничтожно малую вероятность. Любая возможность передать избыточную энергию решётке не в одном акте, а в неск. последовательных актах на много порядков увеличивает вероятность Р. Эта возможность реализуется на примесных центрах или дефектах кристаллич. структуры, к-рые образуют уровни в запрещённой энергетич. зоне (см. Рекомбинационные центры).

Излучательная и оже-Р. также могут протекать с участием примесных центров. Однако обычно эти процессы осуществляются непосредственно как прямые переходы зона проводимости - валентная зона. При пзлучательной Р. зона - зона законы сохранения энергии и импульса приводят к тому, что энергия светового кванта, т. к. кинетич. энергии электрона и дырки много4037-43.jpgменьше 4037-44.jpg. В то же время импульс кванта очень мал, так что электрон и дырка аннигилируют с противоположными импульсами b k (рис. 1).

Рис. 1. Излучательная рекомбинация зона - зона в прямо-зонном полупроводнике.


4037-45.jpg

Вследствие этого в непрямозонных полупроводниках (Ge, Si) в обычных условиях Излучательная Р. идёт только с участием примесей или колебаний решётки и имеет меньшую, чем в прямозонных полупроводниках (GaAs, InSb), вероятность.

Число актов излучательной Р. в 1 с в единице объёма равно

4037-46.jpg

где n, p - концентрации электронов и дырок, a наз. коэф. излучательной Р. Сечение излучательной Р. s связано с a соотношением 4037-47.jpg, где 4037-48.jpg - ср. тепловая скорость электрона. В прямозонных полупроводниках при Т = 300 К s ! 10-16 : 10-18 см2, в непрямозонных - 10-21 : 10-22 см2.

При оже-Р. взаимодействуют 3 частицы, энергия ре-комбинирующей пары передаётся либо электрону, либо дырке. Число актов Р. в 1 с в этих случаях равно

4037-49.jpg

где aЭ, aД - коэф. электронной и дырочной оже-Р. "Уходящий" носитель уносит энергию порядка4037-50.jpgи соответственно имеет большой импульс ~4037-51.jpg (т - его эффективная масса ).Вследствие закона сохранения импульса суммарный нач. импульс 3 частиц должен быть достаточно большим, а следовательно, достаточно большой должна быть и их суммарная кинетич. энергия. Этот факт приводит к существованию энергетич. порога оже-Р. Обычно в полупроводниках эфф. масса электрона больше эфф. массы дырок (тэ4037-52.jpgmд). При этом мин. энергетич. порог оже-Р. 4037-53.jpg достигается, когда большой импульс вносит тяжелая дырка. Если тепловая энергия носителей kT <4037-54.jpg, то коэф. Р. 4037-55.jpg

Однако в ряде полупроводников благодаря особенностям зонной структуры порог отсутствует. Напр., в GaSb и In As беспороговым является процесс, в к-ром избыточная энергия уносится дыркой, переходящей из зоны тяжёлых дырок в спиново отщеплённую зону (рис. 2). Без порога протекает также оже-Р. с участием примесей или фононов, к-рым может быть передан большой импульс. В непрямозонных полупроводниках оже-Р. возможна только такого типа. Вследствие сильной концентрационной зависимости оже-Р. становится существенной при высокой концентрации свободных носителей. Обычно s ~ 1018 см-3.

4037-58.jpg

Безызлучательная Р. через примесные центры описывается статистич. теорией Шокли - Рида. Изменения концентрации электронов и дырок в зонах и на примесях-ловушках определяется системой ур-ний, в к-рые входят концентрации ловушек, свободных (N)и занятых (М)электронами (N + М - полная концентрация ловушек), коэф. захвата на ловушки электронов (4037-56.jpg) и дырок (4037-57.jpg). Число актов в 1 с в 1 см3 можно по аналогии с (1), (2) записать в виде

4037-59.jpg

Для количеств. описания безызлучат. процессов наряду с коэф. захвата4037-60.jpgи сечениями захвата на ловушки4037-61.jpgвводят времена жизни носителей по отношению к захвату на ловушки4037-62.jpg и4037-63.jpg

4037-64.jpg

Здесь 4037-65.jpg- ср. тепловые скорости носителей.

В простейшем случае ловушек одного типа в сильно-легиров. полупроводниках т совпадает с временем жизни по отношению к захвату на ловушки неосновных носителей. Так, в полупроводниках р-типа

4037-66.jpg

Сечение захвата на примесные центры может изменяться в зависимости от температуры и типа примеси в пределах от 10-12 см2 (притягивающие центры, Т c 4,2 К) до 10-22 см2 (отталкивающие центры, Т = 300 К).

Исследование рекомбинац. процессов в полупроводниках позволяет определить коэф. и сечения Р. и их зависимости от Т, электрич. полей и параметров полупроводника.

Литература по рекомбинации носителей заряда в полупроводниках

  1. Landsberg Р. Т., Adams М. J., Radiative and auger processes in semiconductors, "J. of Luminescence", 1973, v. 7, p. 3;
  2. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977;
  3. Абакумов В. H., Перель В. И., Яссиевич И. Н., Захват носителей заряда на притягивающие центры в полупроводниках, "ФТП", 1978, т. 12, с. 3.

В. Н. Абакумов, И. Н. Яссиевич

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution