Безызлучательная рекомбинация на поверхности полупроводника

October 2, 2011 by admin Комментировать »

Безызлучательная рекомбинация может происходить не только в объеме, но и на поверхности полупроводников, так как именно здесь часто нарушается периодичность кристаллической решетки. Модель энергетических зон основывается на строгом соблюдении периодичности решетки. Поскольку на поверхности периодичность заканчивается, для поверхностей эту модель необходимо модифицировать, добавив дополнительные электронные уровни в запрещенной зоне полупроводника.

Теперь рассмотрим поверхность полупроводника с химической точки зрения. Атомы, расположенные на поверхности, из-за отсутствия соседних атомов не могут иметь такую же структуру связей, как атомы в глубине полупроводника, и часть их валентных связей остается свободной. Орбитали, не полностью заполненные электронами, называются оборванными {свободными) связями. Эти связи являются электронными уровнями, расположенными в запрещенной зоне полупроводника, которые могут играть роль центров рекомбинации. В зависимости от знака заряда эти орбитали могут быть уровнями-акцепторами или уровнями-донорами.

Свободные связи могут замыкаться одна на другую, формируя химические связи между соседними атомами, расположенными на поверхности полупроводника. Такая перестройка поверхности ведет к созданию новой локальной атомной структуры с энергетическими уровнями, сильно отличающимися от состояний в глубине. Предсказать расположение энергетических уровней поверхностных структур даже при использовании мощных теоретических моделей очень трудно. Поэтому чаще всего применяются феноменологические модели поверхностной рекомбинации.

Бардин и Шокли (Shockley, 1950) первыми догадались о появлении новых энергетических уровней в поверхностных структурах и об их роли как центров рекомбинации.

Оценим влияние поверхностной рекомбинации на распределение носителей в полупроводнике р-типа, подвергшемся воздействию облучения. Предположим, что во время облучения скорость генерацииGв любой точке полупроводника одинаковая. Тогда должно выполняться уравнение непрерывности, которое в одномерном представлении для электронов имеет следующий вид:

 

где Jn— плотность тока, определяемая потоком электронов на поверхности полупроводника. В стационарных условиях в глубине однородного полупроводника это уравнение сводится к видуG=R.Используя выражение (2.14), определяющее скорость рекомбинации в объеме, найдем объемную концентрацию избыточных носителей

Рис. 2.10. Микроснимок в режиме инжекции тока структуры InGaAs/GaAs, на верхнюю часть которой нанесен полосковый контакт, а на нижнюю часть со стороны подложки — еще один контакт. Люминесценция протекает в активном слое, расположенном под полосковым контактом. Отчетливо видно, что благодаря поверхностной рекомбинации при приближении к поверхности люминесценция ослабляется

 

нить, что активная область, в которой существуют оба типа носителей, должна располагаться на значительном расстоянии от любой по- верхности. Этого можно добиться инжекцией носителей под контакт, площадь которого намного меньше площади кристалла полупроводника. Кроме того, этот контакт следует размещать на значительном расстоянии от боковых поверхностей кристалла. Если ток будет втекать в область, расположенную под контактом, носители не будут «видеть» поверхностей полупроводника. Здесь надо отметить, что в монополярных областях полупроводниковых устройств из-за нехватки неосновных носителей поверхностная рекомбинация практически отсутствует.

Для снижения поверхностной рекомбинации разработано несколько методов пассивирования, включающих обработку поверхностей серой или другими химическими реагентами (Lipsanen, 1999).

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