Получение и рекомбинация носителей заряда

Когда ионизирующее излучение воздействует на полупроводник, оно может заставить электрон выйти со своего энергетического уровня и, следовательно, оставить дырку. Этот процесс известен в как получение электронно - дырочных пар. Электронно-дырочные пары постоянно генерируются из тепловой энергии, в отсутствии любого внешнего источника энергии.

Электронно-дырочные пары также способны рекомбинировать. Сохранение энергии требует, чтобы эти рекомбинационные явления, в которых электрон теряет количество энергии большее по сравнению с запрещенной зоной, сопровождались эмиссией тепловой энергии (в форме фононов) или излучением (в форме фотонов).

В установившемся режиме получение и рекомбинация электронно-дырочных пар находятся в равновесии. Число электронно-дырочных пар в установившемся состоянии при заданной температуре определяется квантово-статистической механикой. Точные квантово-механические механизмы получения и рекомбинации регулируются сохранением энергии и сохранением импульса.

Вероятность того, что электроны и отверстия встречаются вместе, пропорциональна произведению их объема, произвеление в установившемся режиме почти постоянно при заданной температуре, что обеспечивает отсутствие существенного электрического или внешне управляемого получения пары. Произведение является функцией температуры, так как вероятность получения достаточной тепловой энергии для производства пары возрастает с увеличением температуры, которая приблизительно равна 1/exp, где k – постоянная Больцманна, Т - абсолютная температура.

Вероятность соприкосновения увеличивается за счет перехватчиков носителей - примесей или дислокаций, которые могут захватывать электроны или дырки и удерживать их до тех пор, пока пара будет завершена. Такие перехватчики носителей иногда умышленно добавляются, чтобы сократить время, необходимое для достижения установившегося режима.