Процессы рекомбинации.
Времена жизни регулируются процессами захвата. Эти или центры прилипания, или рекомбинации. Различие между ними — соотношение вероятностей термического выброса носителя заряда в свободное состояние и рекомбинации на центре с противоположным знаком. С точки зрения статистики уровнями рекомбинации являются уровни между квазиуровнями Ферми, положение которых зависит от концентрации электронов и дырок в соответствующих зонах. С увеличением скорости генерации неравновесных носителей квазиуровни смещаются к краям зоны. В результате примесные уровни при слабом возбуждении, и играющие роль центров прилипания, становятся центрами рекомбинации. Выделяющаяся за счёт рекомбинации энергия уносится но нескольким путям:
1. Излучательная рекомбинация (ИР). Уносится фотонами. Рекомбинационное излучение обуславливается как прямыми, так и непрямыми переходами. Доля ИР при малых уровнях инфекции велика у полупроводников с узкой запрещённой зоной (например, InSb). Для больших уровней инфекции в т.ч. и оптической интенсивное рекомбинационное излучение может наблюдаться и у широкозонных полупроводников (GaAs и др.). Кроме межзонной ИР может быть излучение (???) за счёт переходов носителей на локальные уровни дефектов и примесей.
2. Многофононная рекомбинация сопровождается передачей энергии в энергию тепловых колебаний решётки. Оже-рекомбинация (ударная или трёхчастичная) соответствуют выделению энергии передачей её свободным электрону или дырке. При этом выполняется закон сохранения энергии или импульса.
3. Плазменная рекомбинация , когда энергия передаётся всей системе свободных носителей.
Практически в большинстве случаев наиболее существенна рекомбинация с участием примесных центров. Вероятность рекомбинации и время жизни носителей зависят от мгновенной заселённости примесных уровней и с течением времени изменяются по сложному закону. Степень заполнения примесных центров связана с концентрацией свободных носителей через эффективное сечение захвата электрона незанятым и эффективное сечение захвата дырки центром, на котором локализован электрон.
Изменение времени жизни носителей при освещении приводит к нелмнейным эффектам в фотопроводимости (сублинейность, сверхлинейность, гашение и др.). Процессы рекомбинации крайне сложны.
2.4.Перенос носителей заряда.
Полная плотность тока в полупроводнике складывается из диффузионной и дрейфовой:
(2-9)
Кинетика носителей описывается уравнением непрерывности:
(2-10)
Объёмную плотность заряда связывает с уравнение Пуассона :
(2-11)
Na — концентрация акцепторов; Nd — концентрация дефектов; Dn — дрейфовая постоянная; Dp — диффузионная постоянная; — . Движение электронов и дырок вследствие диффузии и дрейфа взаимосвязано. Носители движутся в виде облака электронов и дырок, внутри которого возникает добавочное электронное поле, тормозящее более быстро диффундирующие носители и ускоряющее более медленные. Из (2-9,10) следует уравнение движения нейтрального фронта неравновесных носителей:
(2-12)
где D и — коэффициенты биполярной диффузии и биполярная дрейфовая подвижность соответственно.
Уравнения баланса частиц, содержащихся в каждом элементе объёма (в стационарном режиме),:
(2-13)
где r(n,p) — скорость рекомбинации. Уравнения (2-9,13) дополняются граничными условиями.
