Генерация носителей заряда в полупроводниках. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Генерация носителей заряда в полупроводниках - появление электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Генерация носителей заряда в полупроводниках происходит под действием теплового движения атомов кристаллич. решётки (тепловая генерация), а также внеш. факторов - освещения (оптич. генерация), облучения потоками частиц, сильных электрич. полей и др. Мерой генерации носителей заряда в полупроводниках является скорость генерации - число носителей, возникающих в единице объёма за единицу времени. Тепловая генерация носителей заряда в полупроводниках в равновесном полупроводнике уравновешивается их рекомбинацией (см. Рекомбинация носителей заряда), поэтому скорость тепловой генерации G равна скорости рекомбинации, т. е.

, где п₀ - равновесная концентрация носителей, t- время жизни неравновесных носителей.

В случае оптической генерации носителей заряда концентрация неравновесных носителей может превосходить равновесное значение на много порядков. Межзонное поглощение света, происходящее, когда энергия кванта

превосходит ширину запрещённой зоны

, приводит к генерации электронно-дырочных пар

, примесное поглощение - к генерации электронов

или Дырок

. Скорость оптической генерации носителей заряда при

зависит от интенсивности света. При малых интенсивностях эта зависимость обычно линейна и описывается ф-лой

где I₀ - плотность потока световых квантов (число квантов, падающих на единицу площади за единицу времени),

- коэф. поглощения света, х - глубина проникновения,

- квантовый выход (коэф., определяющий, какая доля поглощённых квантов приводит к появлению носителей заряда). При

, т. к. внутризонное поглощение света не приводит к появлению новых носителей. При

возможно

, т. к. из-за взаимодействия между электронами один фотон может возбудить более одного электрона.

При

(рентг. или

-излучение) генерация носителей заряда состоит из первичного акта ионизации , при к-ром возникают носители большой энергии

, и множественных процессов ударной ионизации, в к-рых образуются новые электронно-дырочные пары. При этом

, однако

. Последнее связано с необходимостью сохранения импульса в элементарных актах рождения электронно-дырочных пар с возбуждением колебаний решётки. При.

часто пользуются приближённой ф-лой

. Аналогичным образом протекает генерация носителей заряда, если вместо фотонов использовать заряж. частицы большой энергии

(электроны, протоны, a-частицы и т. п.; см. Полупроводниковый детектор частиц).

При высоких интенсивностях света (лазерное излучение), когда существенны ''процессы многоквантового поглощения света, зависимость скорости генерации носителей заряда от интенсивности становится нелинейной (см. Многофотонные процессы, Полупроводниковый лазер).

Генерация носителей заряда происходит также в присутствии сильного электрич. поля вследствие ударной ионизации и туннельных переходов электронов в зону проводимости из валентной зоны (т. н. пробой Зенера) и с примесных уровней.

Литература по генерации носителей заряда

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.