Несмотря на сделанные выше оценки, дающие очень большие времена жизни для непрямозонного полупроводника, в большинстве хорошо известных непрямозонных твердых тел 4.4. Явления, обусловленные избыточными носителями 483 для измеряемых значений времен жизни носителей гораздо более характерны значения, лежащие в диапазоне 10-7—10-3 с. Рекомбинация в таких материалах полностью определяется двухступенчатыми процессами, включающими случайные (а иногда сознательно введенные) локализованные примесные центры. По-видимому, в любом прямозонном кристалле эти процессы, идущие с участием примесных центров, также дают некоторый вклад в рекомбинацию, однако они с меньшей вероятностью могут доминировать, поскольку прямые процессы очень эффективны. Холл74 и Шокли и Рид75 независимо пришли к выводу, что примесный центр может действовать как центр захвата, содействуя электронно-дырочной рекомбинации, и так называемая модель ХШР оказалась справедливой при самых разных условиях. Когда центр захватывает электрон, а затем дырку, он возвращается к своему исходному зарядовому состоянию и может начать весь процесс снова. Модель ХШР может быть достаточно сложной даже в том случае, когда рекомбинация происходит с помощью одного типа центров, имеющих одну и ту же энергию в запрещенной зоне, как это подробно обсуждается в «Статистике полупроводников». Рассмотрение центров, которые могут захватить несколько дырок (или электронов) одну за другой, прежде чем начнут захватывать носители противоположного знака, приводит к еще большей сложности анализа76. После первоначального рассмотрения Калашникова77 формальный анализ полупроводника с несколькими различными типами центров захвата серьезно выполнен не был, хотя имеется достаточно глубокое качественное понимание того, какие типы центров захвата будут играть главную роль в широкозонном полупроводнике или диэлектрике со спектром состояний дефектов, распределенных по всей запрещенной зоне78. Примесные центры, которые обеспечивают электронно-дырочную рекомбинацию,— это обычно не те центры, которые дают главный вклад в концентрацию носителей в состоянии равновесия. Примесные состояния наиболее эффективны с точки зрения рекомбинации, когда они расположены вблизи середины запрещенной зоны. Дефект, который действует как рекомбинационный центр, обычно имеет сильно различающиеся сечения захвата для электронов и дырок, и это часто приводит к проблемам прилипания, т. е. к ситуации, когда пеФре. 7* Hall R. N.— Phys. Rev., 83, 228 (1951); Phys. Rev., 87, 387 (1952). 75 Shockley W., Read W. Г.—Phys. Rev., 87, 835 (1952). 76 Sah С. Т., Shockley W.— Phys. Rev., 109, 1103 (1958). 77 Калашников С. Г.— ЖТФ, 1956, т. 26, с. 241. 78 Rose A. Concepts in Photoconductivity and Allied Problems, Intersci- ence, 1963; Simmons J. G., Taylor G. W.— Phys. Rev., B4, 502 (1971). 484 Гл. 4. Полупроводники Здесь не будет дано вывода выражений для времен жизни в модели ХШР ни с прилипанием, ни без него. Укажем просто, что если концентрация центров достаточно мала, чтобы пе и ре были одинаковы, время жизни дырок хР равно времени жизни электронов тЛ. Это время жизни имеет вид Хр = Хп = ^o(n0 + Po)+Wig_ ^ (4 120) Ло + Ре 4 Пе где то и Too суть предельные значения времени жизни для очень малых и очень больших нарушений равновесия (и каждое из них обратно пропорционально концентрации рекомбинацион- ных центров). Хотя примесные состояния, находящиеся при различных энергиях, и могут играть какую-то небольшую роль в рекомби- национном процессе, какой-то один тип дефекта [как это предполагалось при выводе выражения (4.120)] часто оказывается гораздо более важным, чем все остальные вместе взятые. Поэтому так существенно избегать малейших следов загрязнения медью, если германий должен быть получен с большим временем жизни, как это требуется для сплавных германиевых рпр- транзисторов. Напротив, если изготовитель транзисторов хочет получить кремниевые переключающие транзисторы с малым временем переключения, он сознательно вводит в свой кремний атомы золота — очень эффективные рекомбинационные центры. Время жизни в сочетании со способностью носителей к дрейфу и диффузии определяет, насколько далеко неосновные носители могут продвинуться в глубь полупроводника, прежде чем они исчезнут путем рекомбинации. Далее мы должны рассмотреть, что заставляет электроны и дырки в полупроводнике двигаться.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Рекомбинация Холла—Шокли—Рида (ХШР)» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
