Механизмы рекомбинации

Механизмы рекомбинации. По виду передачи энергии рекомбинирующих частиц различают три основных типа рекомбинации. 1. Рекомбинация называется излучательной, или фотонной, если энергия рекомбинирующих частиц выделяется в виде энергии фотона. 2. Если энергия частицы передаётся решетке (фононам) , то рекомбинация называется безизлучательной, или фононной. 3. Одним из видов безизлучательной рекомбинации является ударнaя ионизация ( процессы Оже ), когда энергия рекомбинирующих частиц передается третьей частице, которая благодаря этому становиться “горячей”. “Горячая” частица в результате нескольких столкновений передает свою энергию фононам.

Помимо этих трех основных механизмов, энергия рекомбинирующих частиц может передаваться электронному газу ( плазменная рекомбинация ). Если электрон и дырка образуют в качестве промежуточного состояния экситон, то такая рекомбинация носит название экситонной.

Фотонная, фононная и рекомбинация Оже могут протекать по разному в зависимости от механизма перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону. Если частицы рекомбинируют в результате непосредственной встречи электрона и дырки, то такая рекомбинация называется прямой, или межзонной. Прямая рекомбинация играет роль в полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны порядка 0,2 – 0,3 эВ и меньше.

Если ширина запрещенной зоны больше 0,5 эВ , то рекомбинация происходит через локализованные состояния, лежащие в запрещенной зоне. Эти сосстояния обычно называются рекомбинационными ловушками.

Предположим, что в полупроводнике имеются дефекты уровни энергии которых лежат в запрещенной зоне, а уровень энергии Et не занят электроном (дыркой). Возможен целый ряд процессов, схематически изображенных на Рис. 3.1. Рис. 3.1. Схемы рекомбинации носителей. Основные параметры: Ес –дно зоны проводимости, Et – уровень в середине запрещённой зоны, Еv – уровень валентной зоны. а)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку б)- электрон отдается в зону проводимости отрицательно заряженым дефектом, т. о электрон, некоторое время будет на уровне дефекта, а потом снова станет свободным.

Если осуществляет захват свободных электронов с последующим их освобождением дефектом с уровнем энергии Et, то такой метод носит название ловушки захвата электрона; в)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку, т. е. отдает электрон валентной зоне; г)- если же положительно заряженый дефект захватывает электрон из валентной зоны, то такой дефект – это ловушка захвата дырки; д)- отрицательно заряженый дефект после захвата электрона из зоны проводимости, захватывает свободную дырку и отдаёт захваченный электрон в валентную зону. Идет рекомбинация электонов и дырок; е)- положительно заряженый дефект, захватив свободную дырку, захватывает свободный электрон, превращаясь в нейтральный дефект.

Также идет рекомбинация свободной пары электрон – дырка.

Огромное влияние на мгновенное время жизни оказывает захват носителей заряда, но онне влияет на стационарное время жизни носителей. Освободиться захваченный заряд носителя может в результате теплового переброса. Иногда это случается в результате подсветки. 4.