Генерация и рекомбинация

При температуре Т > 0 средняя энергия фонона равна

                     

                               Е_ср = 3/2 kT                      (2.6)

 

(k - постоянная Больцмана), например, при комнатной температуре Т = 300 К она равна

0,039 Эв).

 

В стационарных условиях электронная подсистема кристалла в целом находится в тепловом равновесии с колебаниями решетки.

Сравнить Е_ср с E_g = 1,1 эВ для кремния.

 

Однако существует конечная вероятность того, что фонон имеет энергию Eg, которая может значительно превышать среднюю, эта вероятность пропорциональна

 

                            P ~ e^-Eg/kT                          (2.7)

 

Электроны постоянно обмениваются энергией с фононами в процессе столкновений.

Тепловым возбуждением электрона называется акт передачи энергии от фонона электрону такой, что происходит разрыв ковалентной связи.

 

Если электрон получит от фонона энергию больше или равную Eg он может ²переброситься² из валентной зоны в зону проводимости, где он становится свободным и может участвовать в переносе заряда при приложении внешнего электрического поля.

 Одновременно с переходом электрона в зону проводимости в валентной зоне образуется ²свободная² дырка, которая также участвует в электропроводности.

 

 !!! ГЕНЕРАЦИЯ  в собственных полупроводниках свободные электроны и дырки рождаются парами, этот процесс называется генерацией электронно-дырочных пар (рис. 2.4).

!!!РЕКОМБИНАЦИЯ - обратный процесс - взаимная аннигиляция электронов и дырок, когда электрон возвращается в валентную зону. Этот процесс называется рекомбинацией электронно-дырочных пар.

 

Число генерированных (рекомбинированных) пар носителей заряда в единице объема в единицу времени называется темпом генерации - G (рекомбинации - R).

В стационарных условиях темпы тепловой генерации и рекомбинации равны, то есть

 

                                   G = R                        (2.8)        

 

При этом в п/п существует равновесная концентрация электронов n_o и дырок p_o.  

              

 

Рис.2.5 Генерация и рекомбинация

 

Генерация электронно-дырочных пар может происходить и при облучении полупроводника светом частотой g, такой, что энергия фотона удовлетворяет условию (рис. 2.5)

 

                                                                (2.9) 

                                            

Световая генерация и рекомбинация

При световой генерации электрон поглощает фотон (рис. 2.5).

При обратном процессе (рекомбинации) высвободившаяся энергия, равная Eg, может либо передаваться от электрона обратно решетке (фонону), либо уноситься фотоном.