11.3.2. Безизлучательная рекомбинация с участием глубоких примесей

Основным механизмом безизлучательного генерационно-рекомбинационного процесса является рекомбинация через глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводников, называемая механизмом Шокли–Рида. Для моноэнергетического рекомбинационного уровня, расположенного вблизи середины запрещенной зоны полупроводника, выражение для темпа генерации (рекомбинации) имеет вид [49, 60]:

.

(11.18)

Параметры, входящие в соотношение 4.7, имеют следующие значения:

•         γ_n, γ_p – вероятности захвата электронов и дырок на рекомбинационный уровень;

•         N_t – концентрация рекомбинационных уровней;

•         n, p – концентрации неравновесных носителей;

•         n₁, p₁ – концентрации равновесных носителей в разрешенных зонах при условии, что рекомбинационный уровень совпадает с уровнем Ферми.

На рис. 11.11 приведены схемы электронных переходов между зоной проводимости и валентной зоной с участием рекомбинационных центров для различных значений концентрации неосновных носителей. Рекомбинационные центры на зонных диаграммах отмечены в виде широкой полосы вблизи середины запрещенной зоны. В первом случае показано состояние термодинамического равновесия R = G. Во втором случае показано состояние, в котором концентрация неосновных носителей n_p превышает равновесное значение n_p0, при этом рекомбинация превалирует над генерацией. В третьем случае показано состояние, в котором концентрация неосновных носителей n_p меньше равновесного значения n_p0, при этом генерация превалирует над рекомбинацией.

 

 

Рис. 11.11. Схема, иллюстрирующая балансы процессов генерации и рекомбинации в равновесных и неравновесных условиях

 

Из уравнения 11.18 следует, что если произведение концентрации неравновесных носителей p·n будет больше, чем произведение концентрации равновесных носителей p₁·n₁ (p·n > p₁·n₁), то правая часть уравнения (11.18) будет положительной, а скорость изменения концентрации неравновесных носителей dn/dt будет отрицательной. Таким образом, концентрация неравновесных носителей будет убывать, и рекомбинация будет преобладать над генерацией.

Если соотношения будут обратными, концентрация неравновесных носителей будет возрастать и генерация будет преобладать над рекомбинацией.