Поверхностная рекомбинация

Некоторые поверхностные состояния создают вблизи середины запрещенной зоны энергетические уровни, которые являются уровнями рекомбинационных ловушек. Рекомбинационными ловушками могут быть только быстрые поверхностные состояния, так как время перехода носителей на медленные поверх­ностные состояния очень велико. Явление поверхностной ре­комбинации принято характеризовать скоростью поверхностной рекомбинации носителей заряда, которая определяется как от­ношение плотности потока носителей заряда у поверхности полупроводника к избыточной концентрации этих носителей у поверхности, т. е.

(4)

Таким образом, скорость поверхностной рекомбинации по­казывает, какое количество носителей заряда рекомбинирует за 1 с на поверхности полупроводника площадью 1 см². Раз­мерность скорости поверхностной рекомбинации та же, что и раз­мерность скорости движения, т. е. см/с — скорость.

Плотность поверхностных состояний вообще и поверхностных состояний, являющихся рекомбинационными ловушками, в част­ности, зависит от обработки поверхности полупроводника и от свойств внешней среды, с которой он соприкасается. Так как плотность поверхностных состояний обычно велика, то рекомби­нация носителей на поверхности идет значительно быстрее (интенсивнее), чем в объеме полупроводника. При малых раз­мерах кристалла полупроводника явление поверхностной реком­бинации будет существенно уменьшать эффективное время жизни носителей заряда, так как

где — эффективное время жизни; — время жизни в объе­ме полупроводника; — время жизни на поверхности полу­проводника.

Кроме того, плотность поверхностных состояний может из­меняться со временем из-за испарения или конденсации влаги на поверхности кристалла, из-за возможных миграций адсорби­рованных примесей на поверхности и т. п. Эти процессы, при­водя к изменению эффективного времени жизни носителей за­ряда, могут являться причиной нестабильности параметров и характеристик полупроводниковых приборов.

Таким образом, при изготовлении полупроводниковых при­боров необходимо, во-первых, выбирать метод обработки по­верхности кристаллов полупроводника, при котором скорость поверхностной рекомбинации минимальная, и, во-вторых, нахо­дить способ длительного сохранения достигнутых значений ско­рости поверхностной рекомбинации. Последнюю задачу обычно решают посредством нанесения на поверхность кристалла спе­циальных покрытий и герметизации прибора в корпус.