Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

Ом-см 2,0

как Фея. Фед К Фз1 то этот наклон значительно меньше, чем в собственном полупроводнике. По мере ионизации примесей наклон криюй уменьшается, и при полной ионизации получается почти горизонтальный участок. Начиная с этой температуры {Ti) и до критической температуры (Т) концентрация основных носителей практически постоянна [см. (1-21а) и (1-26а)1. Следовательно, на этом участке проводимость меняется так же, как подвижность, т. е. по закону (1-32). При дальнейшем повышении температуры

(Г > Гг) проводимость переходит в собственную и резко возрастает.

При очень большой концентрации примесей полупроводник превращается в полуметалл (см. § 1-4 и 1-6) с очень большой проводимостью, мало зависящей от температуры.

На рис. 1-22 для наглядности показана зависимость удельного сопротивления от температуры в линейном масштабе и в более узком диапазоне, характерном для применения в полупроводниковой технике.

В условиях полной ионизации примесей и докритической температуры, когда п или р ~ Л/, формулы (1-366) и (1-36в) позволяют оценить концентрацию примесей по значению удельного сопротивления Ч Например, при р = 1 Ом-см в кремнии типа п получается Лд = 5-10 см~. Для кремния типа р при том же значении р концентрация акцепторов Л;, будет больше примерно втрое из-за меньшего значения \Хр. По той же причине концентрация примесей в германии примерно в 3 раза меньше, чем в кремнии, при одном и том же р.

1fi 0.5

Na = -

-50.

100 С 150

Рис. 1-22. Зависимость удельного сопротивления германия типа п от температуры при различных концентрациях доноров.

1-10. РЕКОМБИНАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ

Общие сведения. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда неотъемлемы друг от друга и в то же время противоположны по содержанию. Генерация является ведущим началом в этом единстве и связана с воздействием таких внешних факторов, как нагрев, освещение или облучение. Рекомбинация представляет собой внутреннюю реакцию системы на появление и возрастание числа носителей. Именно рекомбинация, противодействуя накоплению носителей, обусловливает их равновесные концентрации, рассмотренные в § 1-7; в частности, она лежит в основе фундаментального

* Поскольку при таких оценках считается известной подвижность, которая, однако, сама является функцией концентрации, более точные измерения концентраций и осуи;ествляются с помощью эффекта Холла [7, 10, 151.



Зона проводимости,

=19-=fi=


2-ГРОЙгл* fp-ловушка)

соотношения (1-8). Не меньшую роль играет рекомбинация в нестационарных процессах; благодаря ей свободные носители имеют конечное время жизни, а время жизни характеризует скорость изменения концентраций электронов и дырок при быстрых изменениях внешних факторов. Поэтому изучение механизма рекомбинации и ее количественных закономерностей необходимо для понимания и использования многих важнейших явлений в полупроводниках и полупроводниковых приборах.

Непосредственная рекомбинация свободного электрона со свободной дыркой - сравнительно редкое событие 110]: время жизни носителей, вычисленное исходя из непосредственной рекомбинации, на несколько порядков больше наблюдаемых значений , Поэтому главную роль следует отвести механизму рекомбинации с помощью центров рекомбинации [17], которые часто называют ловушками (см. конец § 1-4). Напомним, что ловушке свойственны энергетические уровни, расположенные глубоко в запрещенной зоне, близко к ее середине. Переход электрона из зоны проводимости на уровень ловушки и затем в валентную зону гораздо более вероятен, чем непосредственный переход через запрещенную - последовательность этапов;

- - ~~ ~~ ~- ЭКВНЕЭЛвНТНОС ПСрС

зону при непосредственной реКОМ- мещение дырок.

бинации. На рис. 1-23 показаны

две возможные последовательности процессов при рекомбинации на ловушках. Поскольку ловушка в равной степени облегчает переход электронов как из зоны проводимости в валентную зону, так и в обратном направлении, она представляет собой не только центр рекомбинации, но и центр генерации носителей, как и должно быть из общих соображений о равновесии.

С физической точки зрения понятие ловушек столь же широко, как и понятие примесей; это могут быть и посторонние атомы, и различные подвижные частицы, и дефекты кристаллической решетки.

В частности, если полупроводник представляет собой поликристалл (см. сноску на с. 6), то внутренние грани составляющих его

Валентная зона

Рис. 1-23. Возможные варианты рекомбинации носителей на ловушках.

* Этот вывод не является универсальным. Однако он справедлив .для кремния, у которого экстремумы зон в пространстве импульсов не совпадают (рис. 1-11, в), т.е. рекомбииирующие частицы должны не только встретиться , но и иметь определенные импульсы, что маловероятно. У таких материалов, кан арсенид галлия, у которого экстремумы зон совпадают (рис. 1-11, б), непосред-стеенная рекомбинация гораздо более вероятна и, поскольку она часто сопровождается выделением кванта света, используется в таких приборах, как световые диоды [16].



микрокристаллов образуют своеобразные дефекты решетки, что приводит к уменьшению времени жизни носителей. Для изготовления полупроводниковых диодов и транзисторов используют монокристаллы с регулярной структурой, у которых время жизни обычно лежит в пределах 10-100 мкс.

До сих пор мы имели в виду рекомбинацию в объеме полупроводника и объемное время жизни. Однако не менее, а часто более существенное значение имеет рекомбинация на поверхности.- Это объясняется тем, что дефекты решетки неизбежны в первую очередь на поверхности кристалла, где нарушена симметрия связей атомов, а также наиболее вероятно наличие разного рода пленок (адсорбированные газы, влага, окислы и т. п.). Поэтому поверхность полупроводника представляет собой особую, весьма активную область, содержащую большое число энергетических уровней. Поверхностные уровни, расположенные в запрещенной зоне, могут играть роль ловушек, и тогда поверхность становится областью интенсивной рекомбинации и генерации носителей. Обычно эти поверхностные процессы характеризуют не временем жизни, а скоростью поверхностной рекомбинации S, измеряемой в сантиметрах в секунду. Этот коэффициент является сложной функцией геометрии полупроводника, состояния его поверхности и подвижности носителей. С физической стороны коэффициент S соответствует средней скорости носителей, с которой они движутся к поверхности, где происходит непрерывное уничтожение их. Величина S лежит в весьма широких пределах: от 100 до 10 см/с и более.

В зависимости от конфигурации образца и расположения токоподводящих электродов превалирует тот или иной вид рекомбинации - объемный или поверхностный. Роль поверхностной рекомбинации возрастает с увеличением отношения площади образца к его объему, т. е. при прочих равных условиях с уменьшением размеров образца. Однако на практике разделение рекомбинации на две составляющие далеко не всегда необходимо. Поэтому для анализа и расчета полупроводниковых приборов чаще всего используют единый параметр - так называемое эффективное время жизни т, которое характеризует совместное влияние объемной и поверхностной рекомбинаций и определяется соотношением

т = .т +

где Тг, и Tj - объемное и поверхностное времена жизни. Величина Xg является функцией скорости поверхностной рекомбинации S.

Эффективное. время жизни в полупроводниковых диодах и транзисторах обычно составляет 0,1-2 мкс, но в ряде случаев может быть на порядок больше и меньше этих значений.

Рассмотрим теперь количественные закономерности процессов рекомбинации и генерации носителей. Сначала для простоты будем предполагать непосредственную рекомбинацию, а позднее учтем практически более важный ловушечный механизм.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.