Квазиуровень

Cтраница 4

Изображенный случай относится к сильно легированным ( вырожденным) р - и - областям, так что уровни Ферми в обеих областях находятся в пределах разрешенных зон При равновесии эти уровни для электронов и для дырок совпадают, если к переходу приложено напряжение V в прямом направлении, то положение уровней Ферми на двух контактах различается на величину энергии, соответствующей этому напряжению Если проводимости объема р - и - областей велики, то все напряжение оказывается приложенным непосредственно к переходу. В каждой из двух областей вдали от перехода носители тока находятся в тепловом равновесии, и их распределение можно описать с помощью квазиуровня Ферми Однако в области перехода равновесие отсутствует, и статистика заполнения состояний в этой области должна рассматриваться отдельно для зоны проводимости и валентной зоны. Прежде всего если речь идет о зоне проводимости, то при тепловом равновесии электроны в р - и - областях находятся в равновесии друг с другом и их распределение описывается статистикой Ферми - Дирака. При включении прямого смещения возникает диффузионный поток электронов через переход, который стремится поднять квазиуровень Ферми для электронов в р-области до его уровня в - области. Инжектированные электроны после диффундирования на небольшое расстояние ( диффузионную длину) рекомбинируют с дырками, в результате возникает стационарное состояние, при котором скорость рекомбинации электронов в точности сбалансирована скоростью их инжекции Совершенно аналогичные рассуждения применимы и к распределению дырок в валентной зоне, так что в стационарном состоянии положение квазиуровней Ферми для двух типов носителей в области перехода меняется, как это показано на фиг. Основные носители, конечно, вытягиваются из контакта, чтобы обеспечить условие нейтральности. [46]

В присутствии внешнего неравновесного источника свободных электронов на контакте уровень Ферми для электронов меняет свое положение с равновесного ( Ер) на неравновесное и превращается в квазиуровень Ферми ( EFn) для свободных электронов. [47]

При высоком уровне облученности условие рр пр в обедненном слое не выполняется, и объемную скорость рекомбинации следует определять, используя соотношение Шокли-Рида, записанное в общем виде. В этом случае скорость рекомбинации носителей в обедненном слое, сложным образом зависящая от энергетических параметров рекомбинационных центров, а также от положения квазиуровней Ферми для электронов и дырок, обычно достигает максимального значения, когда квазиуровень Ферми для электронов приближается к уровню химического потенциала Et в собственном полупроводнике. Данный подход наиболее уместен при анализе солнечных элементов на основе полупроводников с прямыми оптическими переходами, в которых доля света, поглощенного в обедненном слое, может оказаться весьма существенной. [48]

Эта модель удовлетворяет исходным условиям, а именно: время жизни не зависит от интенсивности света, а время фотоответа сильно уменьшается при увеличении интенсивности света. Очевидно, для получения этих результатов не обязательно, чтобы уровни Nt имели строго однородное распределение и располагались выше уровней fJr вплоть до зоны проводи-мостиг Определяющим здесь является лишь небольшой участок энергетического распределения уровней Nt ( вблизи равновесного уровня Ферми Ef), заполнение которого определяет время фотоответа и в пределах которого происходит перемещение электронного квазиуровня Ферми. В рассматриваемом случае этот участок равен примерно 0 3 эв, что соответствует изменению концентрации электронов в 106 раз при комнатной температуре. [49]

Концентрации же основных носителей изменяются очень незначительно и практически равны их равновесным значениям. На диаграмме 1.10 это отражено следующим образом. Квазиуровень Ферми для электронов в п-области Ефп совпадает с уровнем Ферми в этой области в равновесном состоянии ЕФ. Разность Ес - ЕФП постоянна, что соответствует постоянству концентраций электронов. Концентрация же дырок в п-области вблизи перехода намного превышает равновесное значение. Поэтому квазиуровень Ферми для дырок ЕФР в п-области вблизи границы перехода расположен ближе к валентной зоне. В удаленных от перехода участках п-области, где неравновесная концентрация дырок, уменьшаясь, становится примерно равной равновесному значению, квазиуровень Ферми для дырок совпадает с уровнем Ферми для п-области в равновесном состоянии. Аналогичная картина имеет место и для р-области полупроводника. [50]

Возросшая заселенность донорных уровней компенсируется последующей ионизацией посредством термического переброса электронов в зону проводимости. Квазиуровень Ферми донорных состояний смещается по направлению к зоне проводимости, что выражается в уменьшении температурного коэффициента процесса проводимости. По существу эта концепция весьма сходна с постулатом об образовании ионов карбония при адсорбции углеводородов, но ее преимущество заключается в том, что она облегчает более подробное рассмотрение основных аспектов явлений. [51]

Был также подсчитан общий положительный пространственный заряд Q внутри полупроводника, создаваемый ионизированными донорами и дырками. Этот пространственный заряд должен быть компенсирован электронами в поверхностных состояниях, которые лежат как на поверхности раздела германий-окись германия, так и на поверхности окиси германия. Тот же самый квазиуровень Ферми фр, который описывает заполнение состояний в валентной зоне непосредственно у поверхности германия, будет описывать и заполнение обоих типов поверхностных состояний. [52]

Вероятность заполнения энергетических уровней в равновесном состоянии ( кривая / и в неравновесном состоянии ( кривая 2, т. е. при освещении фоторезистора. [53]

Световая, или люкс-амперная характеристика фоторезистора представляет собой зависимость фототока от падающего светового потока, или от освещенности. Фоторезисторы обычно имеют нелинейную световую характеристику. Такая зависимость объясняется смещением квазиуровня Ферми для электронов и электронного демаркационного уровня к зоне проводимости в результате увеличения избыточной концентрации электронов. [54]

Такой перекрестный характер связи между демаркационными уровнями и уровнями Ферми вполне понятен: чем больше, например, дырок в f - зоне ( и, следовательно, чем ближе квазиуровень Ферми для дырок в этой зоне), тем вероятнее конкурирующий с тепловыми забросами электронов захват ими этих дырок. Следовательно, с ростом р лишь все более мелкие ловушки, расположенные близко к с - зоне, будут оставаться уровнями прилипания для электронов. Таким образом, смещение дырочного квазиуровня Ферми к у-зоне должно приводить к смещению электронного демаркационного уровня к с-зоне. [55]

Страницы: 1 2 3 4