Szükséges információkat - nem egyensúlyi hordozók
1.9. egyensúlyi hordozók
A formáció szabad töltéshordozók félvezetők társított az átmenet az elektronokat az vegyértéksáv a vezetési sávban. Hogy végre egy ilyen átmenet elektron kell kap elegendő energiát, hogy felszámolja a különbség. Ez az energia elektron kap a rács ionok elkövetése termikus rezgéseket. Így leküzdésében elektron sávú általában akkor fordul elő, mivel a hőenergia a rács. A koncentráció a töltéshordozó által okozott termikus gerjesztés a termikus egyensúlyi állapot az úgynevezett egyensúlyi.
Mellett azonban termikus gerjesztési megjelenése a szabad töltéshordozók lehetnek az egyéb okok miatt, például besugárzással fotonokkal vagy részecskék nagy energiájú ionizáció, a bevezetése töltéshordozók a félvezető a másik test (injekció), és mások. Felmerült tehát felesleges töltéshordozók nevezzük egyensúlyi. Így a teljes koncentráció a töltéshordozók:
ahol n0 és P0 - egyensúlyi koncentráció és AN és AP - egy nem-egyensúlyi sűrűsége elektronok és lyukak. Ha a gerjesztési felesleges elektronokat a vegyérték sáv, és homogén félvezető, és nem tartalmaz tértöltés, a koncentráció a feleslegben elektronok koncentrációjával egyenlő, a felesleges lyukak:
Megszűnésekor a mechanizmus, amely miatt a megjelenése nem egyensúlyi hordozó koncentrációja, van egy fokozatos visszatérés egyensúlyt. A folyamat egyensúlyi állapotára, hogy minden felesleges elektron ülésén az üres hely (lyuk) veszi azt, ami egy pár nem-egyensúlyi hordozók eltűnnek. A jelenséget az eltűnése egy pár hordozók nevezték rekombináció. Viszont gerjesztési elektron a vegyérték sáv vagy a szennyező anyagok koncentrációjával, kíséri a megjelenése egy lyuk, az úgynevezett a töltéshordozók létrehozását.
A 1.9 ábra G - a keletkezési sebességét, és R - a rekombinációs sebessége a szabad töltéshordozók az intrinsic félvezető.
Ábra. 1.9. Generation és rekombinációs szabad elektronok és lyukak félvezetők
Sebesség (TEMPÓ) rekombináció R koncentrációjával arányos a szabad töltéshordozók:
ahol γ - rekombináció együtthatóval. A fény hiányában (sötétben) G = G0 és értéke n0 és P0 néha sötét sűrűsége a szabad elektronok és a lyukak rendre. Formulák (1,30) és az (1.14) -be:
ahol Pl = EC - EV - bandgap. Így, G0 nagyobb a keskeny rés félvezetők, és magas hőmérsékleten.
Ha egy félvezető nincs elektromos áram, és a tér díjak, az időbeli változása az egyensúlyi koncentrációkat az elektronok és lyukak által meghatározott területeken az egyenletek:
Rate (sebesség) generáció és rekombináció két részből áll:
ahol AG, δR - a keletkezési sebessége és újraegyesítése egyensúlyi elektronok csak -ról Főigazgatóság - a keletkezési üteme elektronok és lyukak miatt félvezető világítás, R0 = γn0 p0 és δR = γ · AN · Ap. Használata (1,31), (1,32) és a (1,34), az egyenlet (1,36) lehet a következőkben foglalhatók össze:
Tekintsük a folyamat rekombináció nem egyensúlyi töltéshordozók (azaz, amikor a kikapcsolás világítási idején t = 0 időpontban). Az általános egyenlet megoldása (1.38) meglehetősen bonyolult. Ezért úgy véljük, két speciális esetet.
A belső félvezető erős fény AN >> n0 + p0. Tól (1,38) kapjuk:
ahol δn0 - kezdeti koncentrációja nem egyensúlyi töltéshordozók. koncentrációt, a csökkenés parabolikusan.
A donor félvezető esetében teljes ionizációs donorok n0 = ND. p0 (1,40)
ahol a jelölés:
Egyenlet (1,40) könnyen megoldható:
A mennyiség τ az átlagos idő az elektronok a vezetési sávban. A kapott oldatokat ábra szemlélteti 1.10. Tól (1,42) azt mutatja, hogy a rekombinációs eljárást ismertetnek egy exponenciális függés időben, az átlagos élettartama jelentése egy szegmensét, amely alatt a felesleges hordozót koncentráció változás a az „e” alkalommal.
Összefoglalva, a nem-egyensúlyi töltéshordozók jelennek csak akkor, ha a fotonok energiája a félvezető világít, mint a szélessége a tiltott sáv (hv> Pl).