Физические основы микроэлектроники. Попов В.Ф. - 54 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

фотопроводимости после прекращения облучения
τ−
σ=σ
/t
e
0фф
, (10.20)
где
0ф
σ – стационарная (установившаяся) фотопроводимость в условиях постоянной освещенности фоторезистора.
Характер нарастания фотопроводимости полупроводника после включения светового импульса (кривая 0
В),
описываемого следующим уравнением
)(
/ τ−
−σ=σ
t
e1
0фф
. (10.21)
Следует указать, что в поликристаллических фоторезисторах чувствительность определяется часто процессами на
границах монокристаллических зерен, а не процессами в объеме полупроводника; в этом случае соотношение (10.19)
неприменимо.
10.8.1 ЭКСИТОННЫЕ СОСТОЯНИЯ
При возбуждении фотопроводимости электроны из валентной зоны перебрасываются в зону проводимости. Однако
возможно и иное течение процесса, когда возбужденный электрон не разрывает связи с дыркой, оставаясь связанным с ней в
водородоподобном состоянии. Энергия образования такого возбужденного состояния, названного Я. И. Френкелем
экситоном, меньше ширины запрещенной зоны, поскольку последняя есть не что иное как минимальная энергия, требуемая
для создания разрешенной ширины. Экситон может перемещаться в кристалле, но фотопроводимость при этом не возникает,
так как электрон и дырка движутся вместе. При столкновении
с фононами, примесными атомами и другими дефектами
решетки экситоны или рекомбинируют, или "разрываются". В первом случае возбужденные атомы
переходят в нормальное состояние, а энергия возбуждения передается решетке или излучается в виде квантов света; во
втором случае образуется пара носителей – электрон и дырка, которые обусловливают повышение электропроводности
полупроводника.
10.9 Эффект Ганна
В 1963 г. Дж. Ганн, изучая поведение арсенида галлия в области сильных полей, обнаружил новое явление,
заключающееся в возникновении колебаний тока с частотой 10
9
– 10
10
Гц при приложении к кристаллу постоянного
электрического поля. Этот эффект Ганна наблюдали позднее в фосфиде галлия, фосфиде индия и ряде других
полупроводников. Величиной, ответственной за эффект Ганна, является подвижность носителей. Он не появляется, когда
кристалл разогревается джоулевым теплом. Рассмотрим механизм возникновения эффекта.
Многие полупроводники, в частности арсенид галлия, имеют достаточно сложную зонную структуру. Так, зона
проводимости арсенида галлия кроме минимума
E(k) при k = 0 имеет второй минимум в направлении [100] при k
≈
0,8k
0
, где
k
0
– волновой вектор, соответствующий границе зоны Бриллюэна в направлении [100]. Схематически зонная структура GaAs
изображена на рис. 51.
Второй минимум (Б) расположен выше первого (А) на 0,36 эВ. Поскольку кривизна зависимости
E(k) в области этих
двух экстремумов различна, различны и эффективные массы электронов, находящихся в этих минимумах. В области
минимума А
mm 070
A
,
*
≈ (т.е. электроны легкие). В области минимума Б mm 21
Б
,
*
≈ (т.е. электроны тяжелые). Подвижность
легких электронов составляет
)( 800400
A
−≈µ см
2
/(В ⋅ с), подвижность тяжелых )( 200100
Б
−
≈
µ
см
2
/(В ⋅ с).
Рис. 51 Зонная структура арсенида галлия:
1 – зона проводимости; 2 – валентная зона
Изменение подвижности носителей в сильных полях связано с переходом электронов из минимума А в минимум Б. При
слабых полях электроны находятся в термодинамическом равновесии с решеткой. Поскольку энергия электронов в обычных
условиях много меньше расстояния (по шкале энергий) между минимумами
ETk
∆
<
<
Б
, практически все электроны
занимают уровни в минимуме А, т.е.
0А
nn = . Плотность тока в этом случае
ξ
µ
=
А01
enj .
С ростом напряженности поля энергия электронов повышается и при некотором критическом значении
кр
ξ
становится
возможным их переход из минимума А в минимум Б, где подвижность значительно ниже. Плотность тока при этом падает и
в конечном итоге становится равной
ξ
µ
=
Б02
enj .

Страницы