5.9.3. Изменение времени жизни в базе

В широкозонных полупроводниках Ge, Si, GaAs и других доминирует рекомбинация через ловушечные центры по механизму ШХР (5.38). Время жизни носителей заряда по этому механизму зависит от уровня инжекции (рисунок 5.33). Пусть в n-базе существуют реком-бинационные центры акцепторного типа (либо отрицательно заряженные, либо нейтральные).

а) б)

Рисунок 5.33 - Процесс рекомбинации ННЗ через рекомбинационные центры:

малые уровни инжекции (а), большие уровни инжекции (б)

На малых уровнях инжекции в n-полупроводнике центры отрицательно заряжены и имеют большое эффективное сечение захвата для дырок (5.58). На БУИ концентрация дырок сравнивается с электронами (рисунок 5.33, б) и зарядовое состояние центров определяется квазиуровнем Fp. Большинство центров нейтрально. Сечение захвата S_p уменьшается. Время жизни неравновесных носителей заряда увеличивается. Можно показать, что

; A > B.

При достаточно больших Z . (5.60)

При еще более высоких уровнях инжекции, когда p = n >> N_d , время жизни определяется межзонной Оже-рекомбинацией (3.28):

.

Предполагая, что процессы, связанные с рекомбинацией через ловушки и ударной рекомбинацией Оже, независимы, можно ввести эффективное время жизни неравновесных носителей, учитывающее совместное влияние этих явлений (рисунок 5.34).

.

Рисунок 5.34 - Изменение времени жизни носителей заряда с увеличением

уровня инжекции (плотности тока)

5.9.4. Амбиполярные подвижность и коэффициент диффузии, рассеяние носителей друг на друге

Когда в полупроводнике концентрация инжектированных неосновных носителей превышает концентрацию основных, то потоки носителей движутся так, что их можно представить как движение носителей одного знака сквозь среду носителей другого знака. Дырки и электроны при наличии электрического поля движутся в противоположных направлениях. С другой стороны, условие электронейральности требует, чтобы концентрация электронов и дырок, а также их распределения были одинаковыми. Электрическое притяжение противоположно заряженных носителей приводит к появлению удерживающей силы. Это явление особенно проявляется при очень высоких уровнях инжекции, когда

; ,

а темп рекомбинации электронов и дырок становится одинаковым: .

Комбинируя уравнения переноса и уравнения непрерывности, получаем так называемое уравнение амбиполярного переноса.

,

где ; .

Амбиполярные коэффициент диффузии и подвижность

Введение D_a и μ_a упрощает анализ работы приборов на БУИ. Следует отметить, что соотношение Эйнштейна D = μ∙φ_T неприменимо для амбиполярных параметров.

При Z > 1, полные концентрации носителей одинаковы (n = p), поэтому амбиполярные коэффициент диффузии и подвижность становятся равными:

; .