ВЗ – валентная зона.
ЗП – зона проводимости(100 – 1000КэВ)
Электроны, попадая в вещество создают вторичные электроны, выбивая первоначально из внутренних заполненных групп атома.
Сечение ионизации:
Чем глубже уровень, тем выше энергия ионизации. Образовавшиеся свободные состояния будут заполняться электронами с более высокими электронными группами, при этом возможно излучение высокоэнергетического кванта, процесс, когда энергия высокоэнергетического электрона может перейти в свободное состояние.
По мере увеличения актов ионизации, увеличивается концентрация свободных электронов и дырок, и одновременно их энергия уменьшается. Начинают получать энергию электроны валентной зоны. Ионизационные процессы протекают до тех пор, пока энергии вторичных электронов и дырок достаточно для образования новой электронно-дырочной пары, как только энергия вторичных электронов становится меньше min энергии создания эл-дырочной пары, процесс размножения эл-ов и дырок прекращается. Этот временной интервал, создания новых эл-ов и дырок называется генерационным.
|
|
В конце этого этапа в материале имеются нетермализованные электроны, т.е. имеющие большую энергию, но не достаточную для ионизации, такие электронные дырки двигаясь в решетке теряют свою энергию путем создания колебаний решетки. Пока электроны имеют большую энергию создаются оптические фотоны, по мере уменьшения возникают акустические фотоны. Время генер. этапа 10-14с.
Миграционный этап 10-12с.
Когда электронные дырки попадают на решетку, могут рекомбинировать излучательно или безизлучательно.
В конечном итоге электроны и дырки исчезнут. Пороговая энергия, при которой электрон и дырка могут создавать эл-дырочную пару, с учетом законов сохранения энергии и импульса:
me٭ – эффективная масса электрона
mh٭ - эффективная масса дырки.
Eg – энергия запрещенной зоны.
Средняя энергия, которая необходима для создания одной эл-дырочной пары:
Если принять что зоны имеют равномерное распределение состояний, то <Ee>=0.6Eie и <Ee>=0.6Eih . Подставим в формулу выше и представим что масса электрона равна массе дырки, почучим что для того чтобы создать одну эл-дырочную пару необходима энергия E=2.8Eg. E=((1.5 – 3)Eg) пределы.
Чтобы создать термализованные дырки:
Те, Тр>>KT. Энергия преобразуется в тепловую путем создания фотона(колебания решетки).
Эл-ы и дырки способны перемещаться по кристаллической решетке. Этот этап термолизации называется миграционным. Скорость потери энергии велика. Энергия фотона ~ 0.01 эВ. Дырки начинают рекомбинировать между собой, в дальнейшем часть электронов и дырок будут рекомбинировать на дефектах. Часть запасенной энергии будет преобразовываться в энергию излучения.
|
|
Безизлучательные процессы:
Электроны затормозятся в среде, часть может выйти в обратном направлении. От плотности вещества зависит глубина проникновения в среду.
Кванты рентгеновского излучения ослабляются, зона выделения энергии будет больше, электроны потеряют энергию на ионизацию.
Второй способ потери энергии уходит на радиационные потери. При энергии 1МэВ – рад. потери.
При энергии 500МэВ – радиационные и ионизационные потери сравниваются.
Энергетический выход:
n- число квантов
hν – ср. энергия квантов
N – число созданный эл-дыр пар
ηМ – коэф. потерь на миграц. этапе
ηU – на внутрицентровых этапах
DA – донорно-акцепторная.
max энергетический выход для катодолюминисценции составляет 0.33, является физически предельным, остальная энергия преобразуется в тепловую.