Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках - исчезновение пары свободных
противоположно заряженных носителей в результате перехода электрона из энергетич.
состояния в зоне проводимости в незанятое энергетич. состояние в валентной зоне
(см. Полупроводники ).При Р. выделяется избыточная энергия порядка ширины
запрещённой зоны .
Различают излучательную и безызлучатель-ную Р. Первая сопровождается излучением
светового кванта с энергией
(см.
Рекомбинационное излучение). При
безызлучательной Р. избыточная энергия может непосредственно передаваться решётке
путём возбуждения её колебаний (фононная безызлучатель-ная Р.) пли рекомбинирующий
электрон посредством кулоновского взаимодействия может передать энергию др.
электрону зоны, переводя его в высокоэнергетич. состояние (оже-рекомбинация).
При безызлучательной фононной Р. электрону для
выделения энергии ~требуется
возбудить в одном акте неск. десятков фононов, т. к. обычно в полупроводниках
~
1-2 эВ, а макс. энергия фонона составляет сотые эВ. Такие многофононные перехо-ды
имеют ничтожно малую вероятность. Любая возможность передать избыточную энергию
решётке не в одном акте, а в неск. последовательных актах на много порядков
увеличивает вероятность Р. Эта возможность реализуется
на примесных центрах или дефектах кристаллич. структуры, к-рые образуют уровни
в запрещённой энергетич. зоне (см. Рекомбинационные центры).
Излучательная и оже-Р. также могут протекать
с участием примесных центров. Однако обычно эти процессы осуществляются непосредственно
как прямые переходы зона проводимости - валентная зона. При пзлучательной Р.
зона - зона законы сохранения энергии и импульса приводят к тому, что энергия
светового кванта, т. к. кинетич. энергии электрона и дырки многоменьше
. В то же время
импульс кванта очень мал, так что электрон и дырка аннигилируют с противоположными
импульсами b k (рис. 1).
Рис. 1. Излучательная рекомбинация зона
- зона в прямо-зонном полупроводнике.
Вследствие этого в непрямозонных полупроводниках
(Ge, Si) в обычных условиях Излучательная Р. идёт только с участием примесей
или колебаний решётки и имеет меньшую, чем в прямозонных полупроводниках (GaAs,
InSb), вероятность.
Число актов излучательной Р. в 1 с в единице
объёма равно
где n, p - концентрации электронов и дырок,
a наз. коэф. излучательной Р. Сечение излучательной Р. s связано с
a соотношением ,
где
-
ср. тепловая скорость электрона. В прямозонных
полупроводниках при Т = 300 К s ! 10-16 :
10-18 см2, в непрямозонных - 10-21 : 10-22
см2.
При оже-Р. взаимодействуют 3 частицы, энергия
ре-комбинирующей пары передаётся либо электрону, либо дырке. Число актов Р.
в 1 с в этих случаях равно
где aЭ, aД -
коэф. электронной и дырочной оже-Р. "Уходящий" носитель уносит энергию
порядкаи соответственно
имеет большой импульс ~
(т - его эффективная масса ).Вследствие
закона сохранения импульса суммарный нач. импульс 3 частиц должен быть достаточно
большим, а следовательно, достаточно большой должна быть и их суммарная кинетич.
энергия. Этот факт приводит к существованию энергетич. порога оже-Р. Обычно
в полупроводниках эфф. масса электрона больше эфф. массы дырок (тэ
mд).
При этом мин. энергетич. порог оже-Р.
достигается, когда большой импульс вносит
тяжелая дырка. Если тепловая энергия носителей kT <
,
то коэф. Р.
Однако в ряде полупроводников благодаря особенностям
зонной структуры порог отсутствует. Напр., в GaSb и In As беспороговым является
процесс, в к-ром избыточная энергия уносится дыркой, переходящей из зоны тяжёлых
дырок в спиново отщеплённую зону (рис. 2). Без порога протекает также оже-Р.
с участием примесей или фононов, к-рым может быть передан большой импульс. В
непрямозонных полупроводниках оже-Р. возможна только такого типа. Вследствие
сильной концентрационной зависимости оже-Р. становится существенной при высокой
концентрации свободных носителей. Обычно s ~ 1018 см-3.
Безызлучательная Р. через примесные центры описывается
статистич. теорией Шокли - Рида. Изменения концентрации электронов и дырок в
зонах и на примесях-ловушках определяется системой ур-ний, в к-рые входят концентрации
ловушек, свободных (N)и занятых (М)электронами (N + М - полная концентрация ловушек), коэф. захвата на ловушки электронов ()
и дырок (
).
Число актов в 1 с в 1 см3 можно по аналогии с (1), (2) записать в
виде
Для количеств. описания безызлучат. процессов
наряду с коэф. захватаи
сечениями захвата на ловушки
вводят
времена жизни носителей по отношению к захвату на ловушки
и
Здесь -
ср. тепловые скорости носителей.
В простейшем случае ловушек одного типа в сильно-легиров.
полупроводниках т совпадает с временем жизни по отношению к захвату
на ловушки неосновных носителей. Так, в полупроводниках р-типа
Сечение захвата на примесные центры может изменяться
в зависимости от температуры и типа примеси в пределах от 10-12 см2
(притягивающие центры, Т c 4,2 К) до 10-22 см2
(отталкивающие центры, Т = 300 К).
Исследование рекомбинац. процессов в полупроводниках позволяет определить коэф. и сечения Р. и их зависимости от Т, электрич. полей и параметров полупроводника.
В. Н. Абакумов, И. Н. Яссиевич
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
![]() |