Тепловая генерация, фотогенерация, генерация под действием корпускулярного излучения, ударная и туннельная генерация
Существуют следующие виды генерации:
Термогенерация – возникает под действием увеличения температуры.
Полевая генерация – возникает под действием электрического поля.
а) ударная (лавинная) генерация;
б) туннельная генерация;
Фотогенерация – возникает под действием света.
Корпускулярная – возникает под действием заряженных частиц.
Механизм тепловой генерации носителей тока в полупроводниках связан с рекомбинацией носителей. Он осуществляется также либо путем переходов носителей типа “зона-зона”, либо посредством центров рекомбинации – генерации, но в направлении, противоположным процессу рекомбинации. При тепловом равновесии скорости этих взаимно противоположных процессов одинаковы, т.е. сколько носителей образуется в единицу времени, столько же и рекомбинирует.
Рисунок 5 Тепловая генерация
Однако наряду с тепловой генерацией при работе полупроводниковых приборов используются и другие механизмы создания избыточных носителей тока, которые не ассоциируются с процессами рекомбинации.К ним следует отнести генерацию под действием ионизирующего излучения, и аналогичный этому процесс генерации под действием электромагнитного излучения. Схемы указанных механизмов генерации приведены на рис.6.
Генерация под действием электромагнитного излучения или, чаще, под действием фотонов (фотогенерация), возможна в том случае, если энергия фотонов достаточна для создания пары электрон-дырка. Т.е. энергия фотона, необходимая для образования пары, должна превышать ширину запрещенной зоны. Разность энергий фотона и энергии, необходимой для образования пары Eph-Eg, отдается электрону и дырке в виде их кинетической энергии.
Рис.6. Генерация носителей под действием электромагнитного излучения (фотогенерация и генерация под действием заряженных частиц).
При генерации под действием ионизирующего излучения, как правило, излучения заряженных частиц с высокой энергией, также требуется энергия, превышающая ширину запрещенной зоны. Однако энергия заряженных частиц часто существенно выше величины Eg,, поэтому под действием заряженной частицы образуется множество электронно-дырочных пар. Этот механизм генерации используется при работе полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения. Поскольку количество пар, создаваемых одной частицей, зависит от энергии частицы, то данные детекторы позволяют производить измерения энергии частиц и их количества.
Рис.7.Ударная генерация и лавинное умножение носителей в сильном электрическом поле.
И, наконец, есть еще один механизм генерации, противоположный Оже - рекомбинации. Это механизм ударной генерации. Ударная генерация осуществляется дырками или электронами полупроводника, которые под действием приложенного к полупроводнику электрического поля приобретают энергию, достаточную для образования пары носителей. При взаимодействии таких электронов или дырок с атомами матрицы кристалла, возможна передача атому энергии, достаточной для разрыва ковалентной связи и образования пары. Иллюстрацией этого механизма генерации служит приведенный ниже рисунок.
Ударная генерация может быть и лавинной, когда вновь образованные носители в свою очередь под действием электрического поля приобретают энергию, достаточную для образования следующей пары носителей.
четверг, 14 Ноября 2002 г.
Шуренков В.В.