Получение навыков количественных оценок эффектов и явлений в структуре полупроводников и интегральных микросхем, страница 25

Красная граница внешнего фотоэффекта для беспримесного полупроводника будет больше, то есть нужно использовать излучения с большей частотой. Плотность состояния будет возрастать по мере уменьшения энергии.

Для случая дырочного полупроводника диаграмма имеет вид (рис. 3).

Красная граница для этого случая:

Для электронного полупроводника зонная диаграмма приведена на рис. 4.

При малых значениях энергии возможна эмиграция из зоны проводимости. При энергии, большей , возможна эмиграция из валентной зоны.

Внутренний фотоэффект

Внутренний фотоэффект проявляется в виде увеличения числа носителей заряда при поглощении энергии квантов воздействующих излучений.

В собственном полупроводнике увеличение числа носителей соответствует случаю, когда  - красная граница внутреннего фотоэффекта.

Вследствие большого разнообразия механизмов генерации свободных носителей в примесных полупроводниках можно говорить о различных типах внутреннего фотоэффекта. Существуют переходы "зона – зона", "примесный уровень - зона" и для каждого из них будет существовать своя красная граница.

Лекция №26

Генерационно-рекомбинационные эффекты в полупроводниках

Внутренний фотоэффект существует при наличии некоторый воздействий на полупроводник. Квантовые излучения характеризуются энергетическим спектром, показывающим распределение квантов по энергиям. Взаимодействие квантов электромагнитного излучения с полупроводником характеризуется коэффициентом поглощения энергии излучения. Существует универсальный закон Бугера-Лямберта, утверждающий, что все характеристики электромагнитного излучения изменяются следующим образом:

где - излучение на поверхности;

k – коэффициент поглощения.

где l – толщина слоя поглощения.

По мере увеличения частоты электромагнитных колебаний глубина проникновения растет (коэффициент поглощения падает).

Внутренний эффект во полупроводниках зависит от спектра воздействующих излучений и физических характеристик полупроводника. В беспримесных полупроводниках взаимодействие излучений с электронным газом и кристаллической решеткой приводит к образованию пар носителей электронов и дырок. Электрон в валентной зоне получает энергию от кванта, переходит в зону проводимости и становится свободным.

В беспримесном полупроводнике при воздействии излучений с большими значениями энергии кванта происходит равномерная ионизация всей толщи полупроводника.

Энергия, которая сообщается твердому телу, измеряется в единицах поглощенной дозы .

Мощность дозы ,

Где t – время действия излучения энергией 1 Гр.

В электронных устройствах поглощенная энергия превращается в фототоки. Пусть энергия поглощается слоем 1 мкм. Здесь идет генерация электронно-дырочных пар в поверхностном слое. Так как интенсивность излучений увеличивается, происходит рекомбинация носителей.

Допустим полупроводник примесный. Пусть толщина слоя невелика. Тогда будет происходить ионизация атомов примеси в слое поглощения. Появившиеся свободные носители создадут избыточную концентрацию. Образуется поле, создающее потенциальный барьер для электронов. То есть генерация носителей будет происходить в приповерхностном слое, а рекомбинация – в приповерхностном и близлежащих областях.

Полупроводник служит преобразователей одного вида энергии в другой, то есть изотопные источники энергии.

gn₀₁n₀₂ gn₁n₂

Пусть при отсутствии излучения в результате теплового взаимодействия в полупроводнике существует концентрация  и  электронов и дырок.

Если полупроводник облучается, то через время dt концентрации носителей достигнут значений n₁ и n₂. Так как существуют носители двух типов, есть вероятность рекомбинации. Пусть скорость рекомбинации будет gn₀₁n₀₂ – связь между числом носителей в единице объема и число носителей. gn₁n₂ – скорость рекомбинации в случае, когда действует излучение, где n₁ и n₂ – суммарные концентрации.