Реферат: Исследование взаимосвязи электрофизических параметров кремния полученного методом карботермического восстановления от технологии его получения

Простейший способ создания неравновесных носителей заряда состоит в освещении полупроводника. Возникновение неравновесных носителей проявляется в изменении электропроводности полупроводника (фотопроводимость). Электронные переходы при оптической генерации могут быть различными. Если энергия фотонов hw ³ Eg , те неравновесные электроны и дырки образуются вследствие возбуждения электронов из валентной зоны в зону проводимости (собственная оптическая генерация, собственная фотопроводимость). Однако при наличии примесей фотопроводимость может возникать и при hw £ Eg . Оптическая генерация электронов и дырок обязательно сопровождается дополнительным поглощением света. Собственное поглощение света, наблюдается при hw ³ Eg и связано с переходами зона-зона и образованием пар. Примесное поглощение, связанное с возбуждением электронов и дырок с примесных уровней в зоны. Поглощение в собственной полосе частот обычно на много порядков больше поглощения в примесной зоне.

Темп оптической генерации связан с коэффициентом поглощения света

G=u(w)g(w)I(x) (2.1)

u(w)-квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равный числу носителей заряда, рождаемых в среднем одним поглощенным фотоном

I(x) - монохроматический световой поток, рассчитанный на единицу поверхности.

g(w) - коэффициент поглощения света.

В общем случае g различно в разных точках полупроводника (неоднородная генерация). Изменение проводимости полупроводника обусловлено тем, что при освещении изменяется как концентрация электронов и дырок, так и их подвижность. Однако относительное влияние обоих этих причин может быть весьма различным. Действительно, возникающая в результате поглощения пара электрон-дырка получает некий квазиимпульс и энергию (hw-Eg).Пусть, для простоты, энергия передается только одному из фотоносителей, скажем электрону (что имеет место при сильном различии масс Mn и Mp). Эта избыточная энергия затем растрачивается вследствие взаимодействия фотоэлектрона с решеткой, и через некоторое время, порядка времени релаксации энергии tе, средняя энергия фотоэлектрона принимает значение, соответствующее температуре решетки. Аналогично, равновесное распределение квазиимпульса фотоэлектронов устанавливается за время порядка времени релаксации импульса tр. Если tе<<Tn, где Tn-время существования фотоэлектрона в зоне, то фотоэлектроны успевают “термализоваться”, т.е. приобрести такое же распределение по энергиям и квазиимпульсам, как и равновесные электроны. В этом случае подвижности не изменяются, а фотопроводимость обусловлена только изменением концентрации электронов и дырок и равна

ds = e(mpdp+mndn) (2.2)

Если, напротив tе³Тn, то за время своего существования фотоэлектроны не успевают термализоваться и при освещении изменяются и концентрации фотоносителей, и их подвижности.

dds/dt = e(mp+mn)g-ds/tфп. (2.3)

где tфп=(mpdp+mnsn)/(mpdp/tp+mpdp/tp) (2.4)

Из уравнения 2.3 видно, что характерное время tфп есть время релаксации фотопроводимости, которое определяет темп установления и затухания ds.

В стационарном состоянии фотопроводимость (ds),равна

(ds)s = e(mp+mn)gtфп (4.5)

Отсюда видно, что чем больше tфп, тем больше и (ds)s,т.е. тем выше чувствительность фотопроводника. Однако при этом будет и больше время затухания (установления) фотопроводимости, т.е. будет больше инерционность

фотопроводника. С этим противоречием между чувствительностью и быстродействием приходиться считаться при разработке фотосопротивлений для технических целей.

3.3 Многозарядные ловушки в полупроводнике.

В случае многозарядных примесных атомов (или дефектов), создающих несколько энергетических уровней, результирующий темп рекомбинации будет равен сумме темпов рекомбинации через каждый из этих уровней (7). Если известны положения всех уровней и известны коэффициенты захвата электронов и, соответственно, дырок для каждого уровня, то можно определить неравновесные степени заполнения каждого уровня и найти результирующий темп рекомбинации (а, следовательно, и времена жизни электронов и дырок).

Существенной особенностью рекомбинации через многозарядные ловушки является то, что при изменении температуры или равновесной концентрации электронов может происходить изменение зарядового состояния ловушек, что равносильно изменению природы центров рекомбинации.

Рис.2 Рис.3

Уравнения, описывающие кинетику процесса:

dn/dt= kbI-gn n(M-n)+gnmNcm (3.1)

dm/dt= gn n (M-n)-gnmNcm-gpmp+gpPnm(M-m) (3.2)

dp/dt= kbI-gpmp+gp(M-m)Pnm (3.3)

Для полноты системы уравнений:

Dn+Dm=Dp (3.4)

В стационарном случае имеем:

dm/dt=0 gn[n(M-m)-mNcm]=gp[mp-(M-m)Pnm] (3.5)

4. Установка для измерения жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках.