Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 6

У п/п р-типа обеднение наблюдается в том случае, если на поверхности захватываются дырки и зоны изгибаются вниз, а при захвате электронов имеет место обогащение, при котором зоны изгибаются вверх.

Медленные и быстрые состояния.

Как показывают эксперименты с п/п, у большинства п/п на поверхности имеются два типа уровней с различными временами захвата носителей. Они возникают в результате наличия у поверхности п/п, в частности Ge, Si, окисного слоя. Кривая релаксации поверхностной проводимости такого образца представлена на рис.

В первый момент времени при включении электрического поля, когда индуцированные носители еще не успели захватиться поверхностными уровнями, поверхностная проводимость имеет максимальное значение. Затем по истечении малого времени сек. Происходит уменьшение поверхностной проводимости до величины  и далее медленное снижение ее до величины .Из кривой релаксации можно определить величину заряда на уровнях с большим и малым временем захвата, которые будем называть медленными и быстрыми состояниями, как отношения

 (медленные) и  (быстрые) соответственно.

Поверхностная рекомбинация.

Рекомбинация носителей заряда в большинстве п/п происходит через примесные центры, уровни которых расположены вблизи середины запрещенной зоны. При таком механизме рекомбинации время жизни зависит от концентрации центров рекомбинации. При этом оно тем меньше, чем выше концентрация центров рекомбинации. Перейдем к поверхностным явлениям.

На поверхности реальных п/п всегда имеется большое количество быстрых и медленных поверхностных состояний, обусловленных адсорбционными примесными атомами, или другими дефектами. Центрами рекомбинации могут являться только быстрые уровни, так как время перехода носителей на медленные уровни очень велико. И если концентрация рекомбинационных центров в объеме мала, то быстрые состояния на поверхности будут играть существенную роль в процессах рекомбинации. Рекомбинация через поверхностные уровни, поскольку их количество велико, происходит особенно быстро. В таких образцах, толщина которых сравнима с длинной диффузионного смещения, имеет место, в основном рекомбинация электронов и дырок на поверхности кристалла.

Рассмотрим электронный полупроводник, у которого на поверхности имеются центры рекомбинации одного типа, обменивающиеся носителями с зоной проводимости.

Пусть концентрация этих центров , а положение их энергетических уровней таково, как это изображено на рисунке.

Процесс рекомбинации в этом случае происходит следующим образом. Поскольку в приповерхностной области сосредоточен положительный объемный заряд,  то электрическое поле направлено от поверхности в глубь п/п. Под воздействием этого поля электроны зоны проводимости перемещаются к поверхности кристалла. Одновременно дырки в валентной зоне, стремясь занять квантовые состояния с меньшей энергией, также перемещаются к поверхности (на рисунке это движение показано пунктиром). Затем поверхностный центр рекомбинации захватывает электрон. В акте рекомбинации электрон из зоны проводимости переходит на энергетический уровень поверхностного центра рекомбинации, а затем с него в валентную зону (стрелки).

(После этого дочитать стр.21-23).

Лекция 12.

Дефекты кристаллической решетки.

Теории, рассмотренные ранее, относились главным образом к кристаллам с идеальной решеткой. Однако для понимания свойств металлов и п/п не менее важно представление о различных несовершенствах (imperfections) решетки. Помимо того, что кристаллы с совершенно идеальной решеткой невозможно получить, они были бы непригодны для исследовательских целей и технических применений. Например, большинство п/п обладает электропроводностью только благодаря присутствующим в них примесям. Эти примеси дают пример того, что мы подразумеваем под несовершенствами решетки. Несовершенства можно подразделить следующим образом: