stare de non-echilibru în care concentrația de purtători de sarcină sunt diferite de valorile de echilibru. Aceasta are loc în semiconductor, ca urmare a diferitelor influențe externe. de exemplu, efectul câmpurilor electrice și electromagnetice, expunerea la radiații. În structurile de instrumente reale sunt adesea găsite două tipuri tipice de influențe externe. Introducerea purtătorilor minoritari în injectarea cu semiconductori dopați a primit numele (din limba engleză se injectează - să se introducă, injecta). Trăgând purtătorilor minoritari de impuritate semiconductoare a fost numit de extracție (dintr-un extract engleză - pentru a scoate, extract).
Luați în considerare injectarea de electroni în proba semiconductor de tip p, prin fața sa lăsat corespunzător de coordonate (a se vedea. Fig. 1.7).
Când acest lucru se produce excesul de probă (în plus față de echilibru) electronului densitate n. Rezultatul va fi de două grupuri de procese fizice. foarte diferit de inerția sa, și anume, având lungimi diferite de timp.
Primul grup de procese asociate cu faptul că apariția excesului de încărcare de electroni conduce la perturbarea condițiilor electrice din eșantion și aspectul interior intensitatea câmpului electric vectorul E este prezentat în Fig. Acest câmp înăsprește purtătorilor majoritari (găuri) la locul injecției de electroni formând astfel concentrația gaura în exces (p), iar sarcina lor compensează practic excesul de electroni injectați de sarcină. Aceste procese conduc la restabilirea neutralității electrice în semiconductoare, cunoscute sub numele colectiv de relaxare dielectric.
Fig. 1.7. Pentru a ilustra mecanismul de relaxare dielectric pentru injectarea de electroni.
Trebuie avut în vedere faptul că timpul de relaxare dielectrică este foarte mic (e). O astfel de recuperare scurt electroneutralității timp deoarece concentrația de găuri (purtători majoritari) depășește cu mai multe ordine de concentrație de electroni în exces, și pentru a colecta excesul concentrației acestor găuri nu este necesară pentru a le trage din adâncimea probei. Destul de ei în locul în care electronii introduse, găuri trebuie doar să reorienta pe care nu are nevoie de o mulțime de timp. În practică, un astfel de proces rapid, relaxarea dielectrică de obicei nu limitează viteza dispozitivelor și poate presupune că, prin urmare, .tak poate presupune că introducerea de excesul de electroni din proba semiconductor este stabilită practic instantaneu același exces de concentrare gaura p.
Al doilea grup de procese asociate cu faptul că introducerea de excesul de electroni crește concentrația acestora în apropierea partea stângă, în comparație cu concentrația acestora în profunzimea eșantionului, unde este la momentul inițial rămâne la echilibru, rezultând difuzia electronilor în eșantion. Electronii întâlnesc în drumul lor un număr mare de găuri (purtători majoritari) și recombina în mod activ cu ei. Deoarece concentrația de recombinare excesul de electroni scade pe măsură ce se deplasează în eșantion. Inerția proceselor de difuzie și de recombinare este suficient de mare, ea limitează într-adevăr performanța instrumentului, și nu pot fi neglijate.
În general, rata la care electronii sunt introduse în semiconductor poate varia în timp, atunci concentrația lor excesivă va varia în timp. In acest caz, se poate scrie expresia pentru concentrațiile de echilibru ale electronilor și găuri
Astfel, concentrația exces de electroni și găuri și, în consecință, concentrațiile acestora pot fi funcții de poziție și timp de neechilibru.
Să considerăm cazul injecției staționare. și anume situație în care electronii sunt introduse în semiconductor la o viteză constantă. În acest caz, densitatea de electroni în exces datorată coordonatelor rekombinatsiiumenshaetsya cum se misca exponențial
în care - în exces densitatea de electroni la limita eșantionului; - un parametru numit lungimea de difuzie a electronilor.
Modificarea densității de electroni în exces cu coordonatei prezentată în Fig. 1.8. Tangenta trase la graficul de la punctul inițial corespunzător. intersectează intervalul abscisă care este egală cu lungimea de difuzie este distanta. care este redusă într-o concentrație în exces timp th datorită recombinarea electronilor. Rețineți că în regiunea 2 scade la o concentrație mai mare de ori, la 3 - în timp, etc. Este ușor de văzut că, la o distanță de (3-5) de la locul de administrare a energiei electrice
Fig. 1.8. Distribuția spațială a concentrației de electroni în exces.
noua lor concentrație în exces este redusă la zero apropiat, iar semiconductor rămâne în echilibru.
Să considerăm o situație în care la un anumit moment t = injecție de electroni se oprește. În acest caz, concentrarea lor excesivă în orice secțiune transversală descrește în timp datorită recombinării exponențial
în care - - concentrația exces de electroni la momentul încetării injecției; - un parametru numit durata exces a electronilor.
Modificarea concentrației de electroni în exces în timp este ilustrat în Fig. 1.9. Durata de viață este intervalul de timp. în care concentrația de electroni în exces scade datorită recombinarea e. Folosind argumente similare cu cele date mai sus pentru lungimea de difuzie, se poate vedea că în timp (3-5) de la terminarea injectării concentrației de electroni în exces este redus la aproape zero, iar semiconductor revine la o stare de echilibru.
Fig. 1.9. Timpul Dependența concentrației de electroni în exces.
Fizic, durata de viață este timpul mediu pe care transportatorii exces pot exista în stare liberă. și anume intervalul de timp dintre apariția particulelor din eșantion și recombinarea acesteia. Lungimea de difuzie Durata de viață și sunt interdependente
Lungimea de difuzie este fizic reprezintă distanța la care excesul de electroni difuze în timpul vieții lor. Durata de viață caracterizează inerția revenirea semiconductor la echilibru. Acest proces limitează performanța dispozitivelor semiconductoare, adică, capacitatea lor de a lucra în mod eficient la frecvențe mai mari.
Când se consideră în mecanismul p.1.3 recombinare, atunci când un electron care ocupă un nivel de energie în poziția banda de conducție umple direct banda de valență (vezi. Fig. 1.3, a) timpul de viață este prea mare (c). Acest lucru se datorează probabilitatea scăzută a întâlnirii sunt în mișcare termică aleatoare constantă a electronilor și găuri. Particulele care îndeplinesc probabilitate poate fi crescută considerabil dacă unul dintre particule este într-o poziție fixă. În acest scop, acele structuri câmp dispozitive, în cazul în care este necesar să se accelereze procesul de recombinare este dopat cu impurități speciale (aur, platină), având un nivel de energie liber in mijlocul diagramei banda de energie interzisă de siliciu. Electronii liberi pot fi prinse de aceste niveluri, astfel încât acestea sunt denumite capcane de electroni. Nivelul astfel lovushkiWL electronic prezentat în Fig. 1.10.
Fig. 1.10. Recombinarea pe o „zonă de zonă-capcană“.
În acest caz, recombinare are loc în două etape. Într-o primă etapă electronul captat de capcana, iar a doua etapă umple postul vacant de electroni în banda de valență. Un astfel de mecanism de recombinare pe o „zonă - trap - zona“ este mai rapid în comparație cu mecanismul convențional pe o „zonă - zona“, deoarece în fiecare etapă una dintre particule staționare. Ca urmare, durata de viață poate fi redusă cu mai multe ordine de mărime, care poate crește în mod semnificativ performanța dispozitivelor.