Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 80 стр.

значений токов генерации, приведенных в [52] для различных значений n, предполагает постоян-
ное значение τр. Изучение литературных данных показывает, что τр существенно зависит от концен-
трации донорных примесей в полупроводнике. В арсениде галлия n-типа время жизни дырок τр из-
меняется в пределах 108 10–10 с при возрастании концентрации электронов с 1014 до 1018 см–3,
что можно аппроксимировать уравнением (сравните с уравнением (60) п. 9):
      τp = τp,d (nbd /n)x = 2⋅10–10(1017.5/n)0.5 = 0.112n–0.5, с,                    (2.51)
где τp,d – время жизни дырок в полупроводнике c n = nbd, т. е. 2⋅10–10 с для nbd = 3⋅1017 см–3.
      Если степень х = 0.5, то зависимости тока генерации от концентрации носителей n в n-
типе не будет, так как сомножители n–0.5 сокращаются:
    igen = (В /τp) n–0.5 = (B /0.112n–0.5) n–0.5 =1.38⋅10–10 [А⋅c/см7/2] / 0.112[с/cм3/2] = 10–8.9 А/см2. (2.52)
     Константа В = eni(εoε1 kT/e2)1/2 = 2⋅106 (8.85⋅10–14⋅13⋅1.38⋅10–23 ⋅298}1/2 =1.38⋅10–10, А⋅c/см7/2.
     Это согласуется с отсутствием существенной зависимости тока насыщения от концен-
трации носителей у диодов Au/Si c n < 1017 cм–3 [65] и у диодов n-GaAs/M [40].


      2.5. ПРИРОДА ПРЕДЕЛЬНОГО АНОДНОГО ТОКА

     До настоящего времени нет ясной картины проявления предельного анодного тока у
полупроводников n-типа с достаточно широкой запрещенной зоной: кремния, арсенида гал-
лия, фосфида галлия и др. Существующие объяснения, основанные на идее генерации неос-
новных носителей (пазонов) в ОПЗ полупроводника с использованием теории Шокли-Рида,
требуют наличия центров генерации с энергетическими уровнями, близкими к уровням сере-
дины запрещенной зоны. Однако, несмотря на многие исследования, на вопросы: Какова
природа этих уровней? Как она связана с концентрацией носителей? Почему они фиксиру-
ются в середине запрещенной зоны? – надежных ответов нет.
     Ответы можно получить, используя очевидную логику: если небольшие количества ле-
гирующей примеси, в данном случае донорной, существенно влияют на вид и концентрацию
носителей тока, а от концентрации носителей существенно зависит механизм униполярной
проводимости на контакте полупроводника с электролитом или металлом, то можно предпо-
ложить более короткую связь – на этот механизм непосредственно существенно влияет при-
рода легирующей примеси и ее концентрация.
     Для объяснения зависимости предельного анодного и обратного тока диодов от кон-
центрации донорной примеси нами предложена следующая модель переноса электронов в
полупроводнике n-типа [61]. Её основные положения.
     1. Поверхностные атомы полупроводника образуют прочные полярные связи с атомами
кислорода (при травлении, промывании и т.п.). В отличие от р-типа у n-типа поверхностный
слой становится электрически неактивным, так как его валентная зона практически вся за-
полнена, а передать электрон из внешней среды или от оксидного атома кислорода в зону
проводимости трудно – велик энергетический барьер, равный ширине запрещенной зоны.
Наиболее слаба связь кислорода с атомами донорной легирующей примеси как с более бла-
городными, чем атомы полупроводника. Они становятся каналами проводимости тока.
      2. В электрическое поле ОПЗ полупроводника n-типа происходит обратимая дополни-
тельная ионизация атомов донорной примеси: D+ ↔ D2+ + е–, D2+ ↔ D3+ + е– и т. д. с перехо-
дом электрона от атома примеси в междоузлие кристаллической решётки (в зону проводимо-
сти) или на катион примеси, более далекий от контактирующей поверхности полупроводни-
ка (эстафетный перенос по примесной зоне). При анодной поляризации полупроводника с
увеличением напряженности электрического поля в его ОПЗ растет заряд катиона, и его
энергетический уровень смещается к валентной зоне, т. е. усиливаются его акцепторные
свойства, примесная зона расщепляется (рис. 2.9). Так, согласно водородноподобной модели
энергетический уровень ионизированной донорной примеси Ed зависит от квадрата её заряда
                                                       80