загрузка...
загрузка...
На головну

Прямі та непрямі міжзонний переходи

Дивіться також:
  1. XIII.4. Прямі методи пошуків родовищ нафти і газу.
  2. Податки, їх сутність, види і вплив на ціни товарів. Прямі та непрямі податки в ціні товару.
  3. паралельні прямі
  4. Паралельні прямі.
  5. пересічні прямі
  6. Пересічні прямі.
  7. переходи селян
  8. Переходи ТП через штучні перешкоди.
  9. Портфельні і прямі інвестиції
  10. Проектують прямі.
  11. Прямі в просторі
  12. прямі витрати

Рекомбінація з участю пасток

Переходи електронів із зони провідності у валентну зону можуть відбуватися через енергетичні рівні, розташовані всередині забороненої зони (рис. 4, б, в). Це можуть бути донорні або акцепторні рівні, досить віддалені від країв забороненої зони (Wc ? Wd >> kT, Wa ? Wv >> kT, де k = 0.862 · 10-4 еВ / К постійна Больцмана, при Т = 293 К, kT ? 25 МеВ).

Атоми акцепторів і іони донорів, здатні захоплювати, утримувати і віддавати електрони, називають центрами захоплення або рекомбінаційними пастками.

Процес рекомбінації через пастки відбувається в два етапи:

- На першому етапі електрон із зони провідності захоплюється незайнятим рівнем донорної домішки, а на другому відбувається перехід електрона з донорного рівня на вільний рівень в валентної зоні (нейтралізація дірки) з випромінюванням фотона h?dv = Wd ? Wv 

-на першому етапі відбувається перехід електрона із зони провідності на незаповнений рівень акцепторной домішки з випромінюванням фотона h?са = Wс ? Wа 

Імовірність захоплення і тривалість утримання залежать від глибини залягання рівнів пасток. Рекомбінаційними пастками можуть бути також будь-які дефекти в кристалах: домішкові атоми або іони, незаповнені вузли в решітці, дислокації і інші недосконалості обсягу або поверхні.

Двоступеневий процес релаксації більш ймовірний, т. К. Він не вимагає одночасної присутності в даній точці електрона і дірки. Пастка сприймає кількість руху, необхідне для дотримання закону збереження імпульсу і частина енергії (Wc ? Wd, Wa ? Wv), Що звільняється в процесі рекомбінації.

Розглянуті процеси переходу електронів із зони в зону можуть відбуватися і в зворотному напрямку (генерація електрон - доручених пар або внутрішній фотоефект) з поглинанням фотонів тієї ж або більшої енергії, що і випромінюваних при рекомбінації.

У кристалі напівпровідника електрони рухаються в поле періодичного електричного потенціалу кристалічної решітки. Припустимо, в деякому напрямку х атоми, а отже, і періодичний потенціал повторюються з частотою, що відповідає періоду решітки а. Електрон, що рухається в напрямку х, Може мати різні значення хвильового вектора kx і імпульсу рх = hkx, за винятком

kx = ± (? /a)n, (1)

де n = 1, 2, 3 ..., і відповідно, імпульсу рх = ± (h? /a)n, При яких довжина хвилі де Бройля ? = 2? /k виявляється кратною періоду решітки n? = 2a. Це означає, що величини енергії, що відповідають значенням kx = ± (? /a)n є забороненими. Зона провідності розділяється на ряд зон (зон Бріллюена) Дозволених значень енергії.

У звичайних умовах зона провідності є частково заповненою зоною, в якій електрони займають рівні, розташовані поблизу дна зони. Ці рівні будуть відповідати самим нижнім рівнями першої зони Брілллюена (|kx| << ± ? /a). У цій області, при малих значеннях імпульсу електрона, енергія електрона описується залежністю, аналогічною залежності W(p) Вільного електрона:

. (2)

Крива залежності енергії електрона від хвильового вектора W(k) Показана на рис. 5. Аналогічно може бути побудована крива залежності енергії електрона від хвильового вектора в валентної зоні. Як і в попередньому випадку, інтерес представляють самі нижні рівні першої зони Брілюена, т. Е. Рівні поблизу верху валентної зони. Саме тут знаходяться вільні рівні, які інтерпретуються як дірки (рис. 5).

З рис. 5 можна бачити, що заборонена зона напівпровідника являє собою зазор між екстремумами двох параболічних кривих (2) перших зон Бріллюена.

Ми розглянули одновимірну задачу. У реальному тривимірному кристалі електрон може рухатися в довільному напрямку, при цьому картина зон Бріллюена виходить більш складною. Картина ускладнюється і за рахунок того, що в різних кристалах зони провідності і валентна утворюються розщепленням різних рівнів оболонок атомів. Складна залежність енергії від імпульсу призводить до того, що положення екстремуму (мінімуму або максимуму) функції W(k) Може бути зрушене щодо нульового значення k. Крім того, виявляється можливим наявність декількох екстремумів в зоні Брілюена, причому мінімум, зміщений відносно k = 0, може бути більш глибоким, т. Е. Відповідає меншому значенню енергії в порівнянні з мінімумом, що знаходяться в точці k = 0 (рис. 6).


 розрізняють прямі і непрямі переходи електронів із зони в зону. прямі переходи (Пряма міжзонний рекомбінація) відбуваються практично без зміни імпульсу електрона і можуть супроводжуватися виділенням фотона (рис. 5). Прямі переходи можливі в прямозоні напівпровідниках, Коли екстремуми розташовані один над іншим (в точці р = 0). Строго кажучи, прямий перехід супроводжується віддачею імпульсу фотона р = h?/c. Однак цей імпульс настільки малий, що вважають, що перехід електрона із зони в зону відбувається без зміни імпульсу.

(Прямий перехід електрона із зони в зону відбувається без зміни імпульсу, т. Е. Без зміни вектора швидкості руху. Отже, при прямому переході змінюється лише потенційна енергія електрона. Кінетична енергія електрона (2) залишається постійною).

В непрямозонних напівпровідниках (Рис. 6) відбувається перехід зі зміною імпульсу електрона в результаті взаємодії електрона з гратами. Непрямий перехід завжди закінчується виділенням енергії у вигляді фононів (Елементарних квантів теплових коливань кристалічної решітки). Імпульс фонона визначається відносним становищем мінімумів перших зон Бріллюена в зоні провідності і у валентній зоні. Ракомбінація без випромінювання фотона називається безізлучательной рекомбинацией. У непрямозонних напівпровідниках можливі випромінювальні переходи з попередніми захопленням електрона рекомбинационной пасткою. Рекомбінаційні пастки є своєрідним посередником, які отримують від електрона і передавальним решітці імпульс фонона (рис. 6).

Кремній і германій є пепрямозоннимі напівпровідниками. Для них характерними є непрямі переходи і безізлучательная рекомбінація на домішкових центрах.

Пряма міжзонний рекомбінація «-- попередня | наступна --» Напівпровідникові МАТЕРІАЛИ світлодіодів
загрузка...
© om.net.ua