Генерация и рекомбинация

При температуре Т > 0 средняя энергия фонона равна

Е_ср = 3/2 kT (2.1)

(k - постоянная Больцмана), например, при комнатной температуре Т = 300 К она равна 0,039 Эв).

В стационарных условиях электронная подсистема кристалла в целом находится в тепловом равновесии с колебаниями решетки.

Сравнить Е_ср с E_g= 1,1 эВ для кремния.

Однако существует конечная вероятность того, что фонон имеет энергию Eg, которая может значительно превышать среднюю, эта вероятность пропорциональна

P ~ e-^Eg/kT (2.2)

Электроны постоянно обмениваются энергией с фононами в процессе столкновений.

Тепловым возбуждением электрона называется акт передачи энергии от фонона электрону такой, что происходит разрыв ковалентной связи.

Если электрон получит от фонона энергию больше или равную Eg он может ²переброситься² из валентной зоны в зону проводимости, где он становится свободным и может участвовать в переносе заряда при приложении внешнего электрического поля.

Одновременно с переходом электрона в зону проводимости в валентной зоне образуется ²свободная² дырка, которая также участвует в электропроводности.

!!! ГЕНЕРАЦИЯ в собственных полупроводниках свободные электроны и дырки рождаются парами, этот процесс называется генерацией электронно-дырочных пар (рис. 3).

!!!РЕКОМБИНАЦИЯ - обратный процесс - взаимная аннигиляция электронов и дырок, когда электрон возвращается в валентную зону. Этот процесс называется рекомбинацией электронно-дырочных пар.

Число генерированных (рекомбинированных) пар носителей заряда в единице объема в единицу времени называется темпом генерации - G (рекомбинации - R).

В стационарных условиях темпы тепловой генерации и рекомбинации равны, то есть

G = R (2.3)

При этом в п/п существует равновесная концентрация электронов n_o и дырок p_o.

Рис.2.4 Генерация и рекомбинация

Генерация электронно-дырочных пар может происходить и при облучении полупроводника светом частотой g, такой, что энергия фотона удовлетворяет условию (рис. 2.4)

(2.4)