În funcție de mecanism, se disting trei tipuri de recombinare: recombinarea interbandă, recombinarea prin centrele locale și recombinarea de suprafață.
Recombinarea interbandă are loc atunci când un electron liber trece de la banda de conducție la banda de valență, care este însoțită de anihilarea unui electron liber și a unei găuri în locul în care apare un electron legat. Acest proces se realizează în conformitate cu legile conservării energiei și impulsului. Deoarece energia electronului din banda de valență este mai mică decât energia electronului din banda de conducere, procesul de recombinare interband trebuie să fie însoțit de eliberarea energiei
În funcție de energia utilizată, se disting următoarele tipuri de recombinări interband:
Emisivitate. la care energia E este emisă sub forma unui cuantum de lumină (foton);
fără radiații, la care energia E este transmisă la rețeaua cristalină, adică este folosită pentru formarea fononilor.
În recombinarea radiativă interbandă, în conformitate cu legea conservării energiei, un foton cu energie
În același timp, din legea conservării impulsului rezultă acest lucru
Deoarece impulsul fotonului h # 965; / C este neglijabil mic comparativ cu impulsul electronului, ultima ecuație poate fi rescrisă ca
Având în vedere - PB ca gaura liber puls, putem concluziona că recombinarea interband radiativ poate doar acele tranziții în electroni banda de conducție kotoroh întâlnește gaura banda de valență având egală în mărime și opusă în direcția de impuls.
Este ușor să se arate că rata de recombinare a radiației interbandă crește cu lărgimea descrescătoare a benzii interzise a semiconductorului și o creștere a temperaturii sale. Prin urmare, acest tip de recombinare poate avea o semnificație unică numai pentru semiconductori cu un decalaj de bandă îngustă și la temperaturi suficient de ridicate.
Cu toate acestea, experiența arată că, pe măsură ce crește lățimea benzii interzise, recombinarea nonradiativă prevalează din ce în ce mai mult asupra recombinării radiative. Această contradicție se explică prin faptul că, pe măsură ce crește lățimea benzii interzise, este mult mai probabil că nu se vor direcționa tranzițiile prin ea, ci tranzițiile prin nivelurile locale situate în banda interzisă.
Recombinare prin niveluri locale (centre). Așa cum am aflat mai devreme, prezența defectelor și impurităților în semiconductor conduce la apariția în diagrama energetică a nivelelor locale de energie situate în banda interzisă. Să luăm în considerare rolul pe care îl joacă în procesul de recombinare a operatorilor de transport gratuit.
Să presupunem că donatorul bandgap semiconductor având o concentrație semnificativă de electroni banda de conducție, este la nivel local, fără El (Fig. 8a), prezența care se datorează prezenței atomilor de impuritate sau defect zăbrele. În acest caz, recombinarea are loc în două etape.
Primul pas este de a capta banda de conducție de electroni specificat atom de impuritate oooooo (sau, arde, conducția de electroni nivel local, de captare Ed, așa cum arată săgeata 1 în fig. 8a). Comportamentul suplimentar al electronului captat poate fi dublu. Electronul poate trece la banda de valență (săgeata 2) la nivelul liber, ceea ce echivalează cu prinderea gaurii la nivel local și recombinarea cu un electron. Este posibil, de asemenea, transferul termic reversibil al electronului în banda de conducție, indicat de săgeata 3. Acest proces inhibă recombinarea unui electron și a unei găuri. Astfel, intensitatea procesului de recombinare este determinată de raportul dintre probabilitățile proceselor indicate de săgețile 2 și 3.
Dacă nivelurile locale sunt aproape de partea de jos a benzii de conducție sau la banda de valență (Fig. 8b), adică sunt mici, probabilitatea de recombinare a fluxului prin ele este la fel de mici ca probabilitatea recombinării interband. Prin urmare, prezența nivelurilor locale mici duce doar la schimbul energetic de electroni între ele și banda de conducție (sau banda de valență) și nu contribuie la procesul de recombinare. Defectele sau impuritățile care duc la apariția unor astfel de niveluri locale se numesc capcane de capturare sau centre de capturare.
Dacă nivelul local este profund. atunci probabilitatea transferului invers (de exemplu, a unui electron în banda de conducere) este neglijabilă, procesul de captare a găurilor predomină, adică are loc un proces de recombinare intensivă.
Defectele sau impuritățile care duc la apariția unor niveluri locale profunde pe care se produce procesul de recombinare a electronilor liberi și a găurilor se numesc capcane de recombinare sau centre de recombinare.
Intensitatea ridicată a recombinării la capcanele de recombinare se datorează faptului că în acest mecanism, energia în exces este transferată în zăbrele în două etape (două porțiuni aproximativ egale), adică la fiecare etapă a numărului minim de reacție fononilor implicat decât în cazul recombinării interband. Nu mai puțin important este faptul că probabilitatea întâlnirii unei găuri cu un electron fixat localizat pe defect este mult mai mare decât probabilitatea de întâlnire cu un electron în mișcare.
La semiconductor acceptor de impurități având o concentrație mare de găuri în banda de valență, primul pas este recombinarea tranziție găuri din banda de valență la nivel de recombinare locale, iar al doilea pas - capturarea electronului banda de conducție și recombinarea cu gaura. Transferul termic invers al găurii în banda de valență interferează cu procesul de recombinare.
Observăm că intensitatea recombinării prin capcane de recombinare depinde de gradul de dopaj al semiconductorului. În semiconductorul său propriu, este minim și crește atât prin adăugarea donatorului cât și prin adăugarea de impurități acceptoare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: