Безызлучательная рекомбинация в объеме материала

August 4, 2011 by admin Комментировать »

Рекомбинация в полупроводниках бывает в основном двух видов: излучательная и безызлучательная. На рис. 2.5 показано, что в каждом акте излучательной рекомбинации происходит возбуждение одного фотона с энергией, равной ширине запрещенной зоны. В ходе безызлучательной рекомбинации энергия электрона расходуется на возбуждение колебаний атомов кристаллической решетки, т. е. преобразуется в тепло. По этой причине в излучающих устройствах акты безызлучательной рекомбинации считаются нежелательными.

Рис. 2.5. Излучательная рекомбинация электронно-дырочной пары, сопровождающаяся возбуждением фотона с энергиейhvEg(а). В ходе безызлучательной рекомбинации энергия, высвобождаемая при рекомбинации электронно- дырочной пары, передается фононам (б) (Shockley, 1950)

 

 

Рис. 2.6. Зонные диаграммы, иллюстрирующие разные типы люминесценции: а — безызлучательная рекомбинация через примесные центры, б —безызлуча- тельная Оже-рекомбинация, в — излучательная рекомбинация

 

Существует несколько физических механизмов безызлучательной рекомбинации. Причиной ее часто является наличие в кристаллической решетке различных дефектов — атомов примесей, собственных дефектов, дислокаций и их скоплений. В сложных полупроводниках собственными дефектами могут быть междоузлия и вакансии (Longini, Greene, 1956; Baraff, Schluter, 1985). По структуре энергетических уровней такие дефекты сильно отличаются от замещаемых атомов полупроводника. Собственные дефекты часто образуют один или несколько энергетических уровней внутри запрещенной зоны полупроводника.

Энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника являются эффективными центрами безызлучательной рекомбинации, особенно если эти уровни располагаются приблизительно в середине этой зоны. На рис. 2.6 схематично представлена рекомбинация носителей через примесные уровни. Такие примесные уровни часто называют центрами тушения люминесценции.

Рекомбинацию свободных носителей через глубокие примесные уровни первыми начали изучать Шокли, Рид и Холл (Hall, 1952; Shockley, Read, 1952), поэтому ее часто так и называют: рекомбинация Шокли-Рида-Холла). В работе Шокли и Рида (Shockley, Read, 1952) приведено выражение для скорости безызлучательной рекомбинации через центры захвата (ловушки) с энергиями ЕT и концентрацией примесей NT:

 

где ∆n = ∆р, VnиVp — тепловые скорости электронов и дырок, σnиσр — поперечные сечения захвата ловушек. Величины n1 и p1опре-

 

 

деляют концентрации электронов и дырок, для которых выполняются соотношения

где EFi— уровень Ферми собственного полупроводника.

Время жизни избыточных электронов в случаебезызлучательной рекомбинации можно получить из уравнения

где С — коэффициент Оже. Численные значения коэффициента С могут быть найдены из уравнений квантовой механики, учитывающих зонную структуру полупроводника (Agrawal, Dutta, 1986). Для полупроводников типаAIIIBVзначения коэффициента Оже обычно лежат в пределах10-28-10-29см6/с (Olshansky, 1984; Agrawal, Dutta, 1986).

В полупроводниках Оже-рекомбинация снижает интенсивность люминесценции только при очень высоком уровне возбуждения или при очень большой инжекции электронов, что связано с кубической зависимостью скорости рекомбинации от концентрации носителей (2.34). При низких концентрациях носителей скорость Оже-рекомбинации очень мала, поэтому в большинстве практических случаев ею можно пренебречь.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты