Инжекция носителей заряда - увеличение концентрации носителей заряда в полупроводнике (диэлектрике) в результате переноса носителей током из областей с повыш. концентрацией (металлич. контактов, гетеропереходов)под действием внеш. электрич. поля. И. н. з. приводит к нарушению термодинамич. равновесия электронной системы в полупроводнике.
Инжектированные носители обычно термализуются за время, малое по
сравнению со временем жизни носителей, так что нарушенным оказывается
лишь концентрационное равновесие (см. Квазиуровни Ферми).
Инжекция осн. носителей происходит, напр., при подаче обратного смещения на р-n-переход, если у катода имеется слой, обогащённый осн. носителями (см. Контактные явления в полупроводниках ).При этом в образце появляется пространств, заряд, препятствующий дальнейшему поступлению носителей из обогащённого слоя. Плотность j стационарного тока определяется условием, что падение напряжения внутри образца, обусловленное пространств, зарядом, уравновешивается внеш. напряжением U (закон Мотта):
Здесь s0 - электропроводность образца в. отсутствие И. н. з., m - подвижность инжектированных носителей, t=e/4ps0 - время релаксации, е - диэлектрич. проницаемость, L - длина образца в направлении тока. Линейный закон Ома переходит в квадратичный закон Мотта при tпр~t, где tпр=L2/mU
- время пролёта носителей между электродами. При большом приложенном
напряжении (1) опять переходит в закон Ома, но с гораздо большей
электропроводностью. При этом образец заполняется инжектированными
носителями с практически постоянной по объёму концентрацией, равной
граничной концентрации nгр в обогащённом слое в отсутствие тока. Установление омического режима происходит, когда tпp становится сравнимым с t=e/4pеmnгр.
При наличии в образце т. н. ловушек (см. Захват носителей заряда)с
концентрацией, превышающей концентрацию осн. носителей, инжектированные
носители сначала почти все захватываются ловушками и концентрация
носителей в образце практически не увеличивается. Это приводит к
удлинению первого омического участка вольт-амперной характеристики (ВАХ)
и резкому скачку в конце его (заполнение всех ловушек), за к-рым
следует квадратичный участок ВАХ.
Двойная (биполярная) инжекция осн. носителей возникает, когда электроны и
дырки инжектируются с противоположных электродов и движутся навстречу.
Т. к. они могут нейтрализовать друг друга, то ток ограничивается лишь рекомбинацией носителей заряда и обычно гораздо больше тока монополярной
И. н. з. в том же кристалле. Захват носителей ловушками при двойной инжекции может приводить к появлению отрицательного дифференциального сопротивления (S-образной ВАХ).
Инжекция неосновных носителей происходит при подаче прямого смещения на р-n-nереход,
гетеропереход или контакт металл - полупроводник вследствие уменьшения
разности потенциалов на контакте. Инжектированные неосновные носители
проникают в полупроводник на глубину, определяемую рекомбинацией; она по
порядку величины совпадает с диффузионной длиной в слабых внеш. полях и с дрейфовой длиной (см. Дрейф носителей заряда)в сильных полях. Инжекция неосновных носителей лежит в основе действия полупроводникового диода, транзистора и др. полупроводниковых приборов.
Изучение стационарных и переходных процессов И. н. з. позволяет
исследовать подвижности носителей, а также определить концентрации,
энергетич. положения и сечения захвата примесных центров в высокоомных
полупроводниках и диэлектриках. Прохождение инжекционных токов является
одним из механизмов переноса заряда в тонких диэлектрич. плёнках.
Литература по инжекции носителей заряда
Ламперт М., Марк П., Инжекционные токи в твердых телах, пер. с англ., М., 1973;
Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977;
Адирович Э. И., Карагеоргий-Алкалаев П. М., Лейдерман А. К)., Токи двойной инжекции в полупроводниках, М., 1978.
Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
