Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Биполярная оптическая генерация носителей заряда




Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Генерация носителей заряда, при которой в результате возбуждения возникают пары носителей заряда - электроны и дырки, называется биполярная генерация.При оптической биполярной генерации неравновесные носители возникают за счет энергии фотонов, а количество генерируемых электронов равно количеству дырок: Δn=Δp.

Предположим, в состоянии термодинамического равновесия в полупроводнике содержалось п0электронов и p0 дырок. В момент времени t0 полупроводник начали освещать фотонами с hv>Eg. За счет процесса генерации количество носителей растет и в момент времени t1 выходит на насыщение на новом уровне п = п0п. Поведение кривой n(t) определяется соотношением функций генерации и рекомбинации. В свою очередь процесс генерации определяется спектральной характеристикой и интенсивностью света, механизмами поглощения и отражения света в полупроводнике и другими факторами. Поэтому часто поведение кривой n(t) является трудно определяемой или вовсе неизвестной. Поэтому анализ процесса проведем для периода времени после выключения источника света, когда скорость генерации обусловлена лишь термическими (равновесными) процессами: т.е. G=G0.



Рис. 5.3. Нарастание и спад концентрации неравновесных носителей заряда во времени при облучении фотонами. Облучение началось в момент времени t0 а прекратилось – в момент t2. За счет оптической генерации концентрация носителей возрастает от n0 до n за промежуток времени t = t1 - t0

Если в момент времени t2 источник света выключается, то в результате рекомбинации концентрация избыточных электронов и дырок начинает уменьшаться. При этом скорость убывания n и p определяется разностью между скоростями генерации G0 и рекомбинации R:

(5.8)

Поскольку в отсутствие облучения G0=R0, и учитывая, что п = п0п; p = p0p и Δnp, для электронов можем записать (аналогично и для дырок):

(5.9)

Случай 1:Низкий уровень оптического возбуждения (Δn<<n0+p0)

, (5.10)

где (5.10а)

тогда, решая дифференциальное уравнение, имеем:

Δnn(0)exp(-t/τ) (5.10б)

где Δп(0) - избыточная концентрация электронов в момент вы­ключения света.

Таким образом, в случае малого уровня биполярной генерации избыточная концентрация электронов и дырок после прекращения возбуждения уменьшается по экспоненциальному закону и за время τ их количество в результате рекомбинации убывает в е раз. Следо­вательно, τ представляет собой среднее время существования избыч­ной концентрации электронов и дырок, а поэтому его называют вре­менем жизни неравновесных носителей заряда. Для собственного полупроводника скорости убывания числа электронов и дырок равны и значение τ определяет время жизни электронно-дырочных пар. Значение объемного времени жизни неравновесных носителей за­ряда в зависимости от типа полупроводникового материала и от степени его чистоты может изменяться в очень широких пределах ­от 10-2 до 10-8 с.

Случай 2: Высокий уровень оптического возбуждения (Δn>>n0+p0).

Из (5.9) следует:

(5.11)

т.е. скорость peкомбинации зависит от Δn по квадратичному закону. Разделяя переменные, запишем: , откуда получим:

(5.12)

Т.е. при высоком уровне оптического возбуждения рекомбинация происходит по квадратичному закону, а избыточ­ная концентрация носителей заряда уменьшается по гиперболиче­скому закону.

Для описания процесса можно ввести мгновенное время жизни:

, (5.13)

т.е. τмгн зависит от концентрации избыточных электронов и в связи с этим является переменной величиной. Однако, в каждый момент вре.мени τмгн имеет определенный смысл, являясь мгновенным вре­менем жизни носителей заряда.

В дальнейшем, для определения мгновенного времени жизни будем пользоваться следующей формулой, полученной из (5.11) и (5.13):

(5.14)

Мгновенное время жизни сильно зависит от избыточной концентрации носителей заряда. В типичных условиях использования время жизни носителей заряда в кремнии изменяется в пределах 10-10 – 10-3 с (в зависимости от чистоты, типа и количества дефектов структуры, температуры, степени легирования и др.).




Читайте также:
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1371)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.005 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7