Pomiar czasu życia nośników ładunku w półprzewodnikach
1. Rekombinacja – to połączenie się pary cząstek lub jonów o przeciwnych ładunkach elektrycznych, jest to proces odwrotny do jonizacji. Zjawisku rekombinacji jonu dodatniego i elektronu towarzyszy uwolnienie nadwyżki energii elektronu, zazwyczaj przez wypromieniowanie fotonu.
W półprzewodnikach zachodzą dwa mechanizmy rekombinacji par dziura-elektron:
Rekombinacja bezpośrednia polega na przechodzeniu elektronów z pasma przewodnictwa na jeden z wolnych stanów w paśmie walencyjnym, wskutek czego znika elektron z pasma przewodnictwa i dziura z pasma walencyjnego.
Rekombinacja pośrednia jest to proces, w którym przejście elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego odbywa się w dwóch etapach, elektron przechodzi przez stany kwantowe w przerwie energetycznej wynikające z defektów sieci krystalicznej, nazywanych pułapkami.
2. Obliczenia:
Czas życia nośników obliczono ze wzoru: $\tau = \ \frac{T}{\ln 2}$
Czas połówkowego zaniku T odczytano z krzywych zarejestrowanych na oscyloskopie.
Dla próbki CdS zasilanej napięciem 10 V: ( częstotliwość 5,07[1/s])
T = 1,72 [ms] stąd: $\tau = \ \frac{1,72}{0,69315} = 2,48\ \text{ms}$
Metoda badania charakterystyki złącza p-n :
Czas życia nośników obliczono ze wzoru: $\tau = \ \frac{T}{0,224}$
Czas T będący przedziałem między momentem zmiany polaryzacji, a początkiem zaniku prądu odczytano z krzywych zarejestrowanych na oscyloskopie.
Dla diody germanowej
Dla f = 10kHz
T = 1,71 μs stąd : $\tau = \ \frac{1,71}{0,224} = 7,63\ \text{μs}$
Dla f = 100kHz
T = 136 ns stąd : $\tau = \ \frac{136}{0,224} = 607\text{ns}$
Dla f = 1000kHz
T = 170 ns stąd : $\tau = \ \frac{170}{0,224} = 759\ \text{ns}$
3. Wnioski :
Bazując na wynikach dla próbki CdS oraz wynikach dla złącza p-n (dioda germanowa) wywnioskować można, że czas życia nośników zależy odwrotnie proporcjonalnie od częstotliwości – im mniejsza, tym dłuższy czas życia.
Przerwa energetyczna |
---|
Materiał |
siarczek kadmu |
german |
Znacznie dłuższy czas życia nośników w próbce CdS w porównaniu z czasem życia nośników w próbce wykonanej z germanu wynika z większej przerwy energetycznej dla siarczku kadmu.