Poziția nivelului Fermi în semiconductori intrinseci și de impuritate este legată de concentrația purtătorilor de sarcină stabilită la o temperatură dată într-o stare de echilibru termodinamic. Transferul de electroni în banda de conducție datorită excitației de temperatură și apariției găurilor în banda de valență ca urmare a acestui proces se numește generarea termică a purtătorilor de taxe libere. Simultan, procesul de inversare are loc: electronii se întorc în banda de valență, ca urmare a dispariției electronului și găurii. Acest proces se numește recombinarea transportatorilor de sarcină. O descriere cantitativă a proceselor de generare și recombinare a purtătorilor de sarcină în semiconductori care utilizează rata de recombinare generație ponyatiyaskorosti durată de viață ivremeni purtător de sarcină.
Rata de generare a transportatorului este numărul de purtători excitați pe unitatea de volum a semiconductorului pe unitate de timp.
Rata de recombinare a purtătorului este numărul de purtători recombinând pe unitatea de volum a unui semiconductor pe unitate de timp.
Durata de viață a purtătorilor este timpul mediu de la generarea operatorilor până la recombinarea lor.
Din definițiile de mai sus urmează imediat următoare relațiile dintre electroni și ratele de recombinare și Rn ori dyrokRp zhiznin ip, respectiv:
Aici am ținut cont de faptul că 1 / este probabilitatea de recombinare a purtătorului pe unitate de timp.
La o temperatură fixă, se stabilește un echilibru termodinamic, la care procesele de generare și de recombinare sunt reciproc echilibrate. Astfel de purtători, care sunt în echilibru termic cu zăcământul de cristal, se numesc purtătoare de echilibru.
Conductivitatea semiconductorului poate fi inițiată în alte moduri, de exemplu prin iradiere cu lumină, particulele ionizate, câmpul electric, injecție purtătoare printr-un contact și altele. In toate aceste cazuri, în plus față de purtătorii de echilibru într-un semiconductor cu purtători care nu vor fi într-o stare de echilibru termic cu un cristal. Astfel de purtători sunt numiți neechilibrari.
Concentrația totală a electronilor din banda de conducție n în cazul transportatorilor de echilibru și de neechilibru poate fi reprezentată sub forma
unde n0 este concentrația de electroni de echilibru și n este concentrația de electroni de non-echilibru.
Concentrația totală a găurilor
unde p0 și p sunt concentrațiile de echilibru și de goluri de echilibru.
Deoarece distribuția Fermi-Dirac este valabilă doar pentru starea echilibrului termodinamic, este clar că statisticile transportatorilor de neechilibru trebuie să fie diferite. În lipsa echilibrului termodinamic a decis să introducă două noi opțiuni de distribuție - nivel Efn cvasi-Fermi pentru electroni și găurile cvasi-Fermi EFP. Acești parametri sunt selectate astfel încât pentru concentrațiile de electroni și gaura în prezența purtători de neechilibru efectuate ecuațiile (17) și (19) prevăzute respectiv zamenyEF naEFn naEFp pentru electroni și goluri. Astfel, următoarele ecuații sunt valabile în semiconductorii nedegenerați:
Figura 7 Împărțirea nivelului Fermi în două cvasi-nivele - pentru electroni și găuri. a este starea de echilibru; b - stare de echilibru
Întrucât, în prezența transportatorilor excesiv de taxi, legea care acționează în masă nu este îndeplinită (), deoarece nu există nici o relație mezhdun ip, Fermi cvasi-nivelurile de electroni și găuri sunt diferite și nu coincid cu nivelul Fermi de echilibru (Figura 7).
Într-o stare de echilibru termodinamic, quasilevelele Fermi coincid cu nivelul de echilibru Fermi EF. Cu cât este mai mare concentrația purtătorilor de încărcătură de echilibru, cu atât mai departe sunt cvadelele Fermi de la nivelul Fermi. Din ecuațiile (31), (32), (17) și (19) rezultă că
Această relație exprimă relația dintre concentrațiile de electroni și găuri într-o stare de neechilibru. Diferența energetică caracterizează devierea de la starea de echilibru termodinamic. Dacă np> n0 · p0. atunci. Această condiție corespunde cu injectarea (aruncarea) a transportatorilor în exces. Dacă np Terminalele de nerambursare joacă un rol important în activitatea dispozitivelor cu semiconductori.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: