Poziom Fermiego

Połozenie Poziomu Fermiego zależy od temperatury i koncentracji nośników (donorów i akceptorów razem z temperaturą).

Zmiana położenia poziomu Fermiego ze zmianą temperatury dla półprzewodnika typu „n”.

• - oznacza domieszki donorowe obsadzone

* - oznacza domieszki donorowe nieobsadzone

Temperaturowa zależność przewodnictwa

ODDZIAŁYWANIE ze światłem (promieniowaniem).

Półprzewodnik może zawierać tak donorowe, jak również akceptorowe domieszki. Niech koncentracja tych domieszek będzie odpowiednio równa N_D i N_A. Schemat energetyczny takiego półprzewodnika przedstawiony jest na rysunku poniżej. Elektrony w paśmie przewodnictwa i dziury w paśmie walencyjnym mogą powstawać w wyniku wzbudzania kwantami światła elektronów z pasma walencyjnego i atomów domieszki. Przejścia te pokazano strzałkami.

Schemat energetyczny półprzewodnika domieszkowanego.

(A) - oznacza proces

 - oznacza wydajność kwantową lub efektywność kwantową. Mówi ile nośników powstaje na wskutek pochłonięcia jednego kwantu światła.

- koncentracja nośników w ciemności: n₀ + p₀

- koncentracja nośników pod działaniem światła: n₀ + Δn + p₀

_A = _n = _p = 1

dla procesu :

Bazowy wzór pozwalający określić zmiany przewodnictwa pod wpływem światła ma następującą postać:

Rodzaj przejść z udziałem domieszek jest funkcją:

Absorpcja światła w półprzewodnikach.

Kiedy wiązka promieniowania przechodzi przez materiał, to w wyniku odbicia i absorpcji natężenie jej zmniejsza się. Niechaj część energii odbitej na granicy ciała przedstawia wielkość R, która nosi nazwę współczynnika odbicia. Jeśli natężenie padającego światła wynosi I₀, a odbitego I_R, to

Zależność współczynnika odbicia od częstotliwości R(ω) lub długości fali R(λ) nazywa się widmem odbicia.

Absorpcja światła w półprzewodniku.

Natężenie światła padającego na warstwę dx, jak to przedstawiono na powyższym rysunku oznaczamy przez I. Wyraża się ono jako:

W wyniku absorpcji światła w warstwie dx natężenie promieniowania zmniejszy się o wielkość dI. Ilość pochłoniętej energii dI jest proporcjonalna do ilości energii padającej na warstwę i grubości warstwy pochłoniętej:

Współczynnik proporcjonalności , wyrażający ilość energii pochłonięte z wiązki o jednostkowym natężeniu w warstwie o jednostkowej grubości, nosi nazwę współczynnika absorpcji. Mierzony jest on w [cm^-1].

Powyższy wzór określa ile nośników zostanie wygenerowanych.

Prędkość generacji.

ile Δn, Δp ↑ powstaje w 1cm³ co 1s

Δn jest funkcją generacji i rekombinacji.

g, G ↑↓ r, R

Generacja i rekombinacja są do siebie przeciwne:

Niech półprzewodnik będzie oświetlony prostokątnym świetlnym impulsem, jak to przedstawiono na powyższym rysunku a).

Przy włączeniu światła stan stacjonarny fotoprzewodnictwa zostaje osiągnięty nie natychmiast, lecz po pewnym czasie od początkowego momentu oświetlenia (rysunek b)). Przy wyłączeniu światła nierównowagowe przewodnictwo zanika także przez pewien okres czasu po przerwaniu oświetlenia (rysunek b)). Krzywe narastania i spadku nierównowagowego przewodnictwa nazywają się krzywymi relaksacji fotoprzewodnictwa.

Zmiana koncentracji nierównowagowych nośników ładunku w jednostce czasu (dΔn/dt) równa jest różnicy między prędkościami generacji i rekombinacji nośników.

Powyższy wzór możemy również zapisać w następującej formie:

τ - czas życia nośników.

Rozwiązanie powyższego równania znajdziemy przyjmując, że Δp = Δn « p₀ i p₀ » n₀ oraz, że półprzewodnik zaczynamy oświetlać w chwili czasu t = 0 światłem o stałym natężeniu. Wtedy rozdzielając zmienne i całkując z uwzględnieniem warunków początkowych Δn = 0 dla t = 0, otrzymujemy wzór

 - Czas życia nośników

Czynniki, które wpływają na czas życia nośników to:

- domieszki (obce atomy), mogą spowodować zwiększenie prędkości rekombinacji, tzn. obniżenie czasu życia;

- defekty struktury krystalicznej;

- koncentracja nośników → f (T).

n = p, _n = _p = 

,

,

,

M - koncentracja centrów typu M;

γ_p, γ_n - sprawność rekombinacyjna, tempo, „łapanie”;

γ_p - współczynnik „łapania” dziur;

γ_n - współczynnik „łapania” elektronów

E_n - głębokość położenia centr rekombinacji względem dołku na pasmach c

Rozkład przestrenny i PRAWO Bouguera-Lamberta

- prawo Bouguera-Lamberta

Prawo to mówi, że natężenie światła spada w następujący sposób:

Zakładając np. że α = 10⁵cm^-1 to x₀ = 10^-5cm = 0,1μm.

---