2.9.4. Вплив прилипання на фотопровідність у випадку

біполярної провідності

У випадку великої концентрації центрів рекомбінації S, коли освітлення не може істотно змінити характер заповнення електронами (або дірками) рівнів S, рівні прилипання впливають лише на процес релаксації фотопровідності і не впливають на фотопровідність у стаціонарних умовах. Але в загальному випадку, коли концентрація рівнів S не дуже велика, рівні прилипання можуть впливати на фотопровідність і в стаціонарних умовах. “Уведення” в напівпровідник рівнів прилипання призводить до нагромадження на них певного заряду, внаслідок чого змінюється заряд на рівнях рекомбінації і, таким чином, змінюються значення _n і _р, що у свою чергу призводить до зміни фотопровідності.

Рис. 2.24. Схема переходів нерівноважних електронів (суцільні стрілки)

і дірок (штрихова стрілка) при наявності в напівпровіднику

центрів прилипання для електронів і центрів рекомбінації

у випадку біполярної провідності

- 86 -

Для з’ясування того, як зміняться _n і _р при введенні в напівпровідник рівнів прилипання, розглянемо напівпровідник, який характеризується біполярною провідністю. Припустимо, що в забороненій зоні напівпровідника є два типи рівнів захоплення: рівні прилипання М та рівні рекомбінації S (рис. 2.24). Крім цього, вважаємо, що рівень збудження нерівноважних носіїв високий (n = n_o + n  n, p = p_o + p  p). Припустимо також, що концентрація центрів рекомбінації мала.

У стаціонарному стані інтенсивність захоплення електронів з с-зони центрами S (рис. 2.24, переходи 4) дорівнює інтенсивності захоплення дірок з v-зони цими центрами (переходи 5):

, (2.132)

де n_s, p_s – концентрації електронів і дірок на рівнях S відповідно; C_ns i C_ps – коефіцієнти захоплення електронів і дірок на рівні S відповідно.

Часи життя електронів і дірок запишемо у вигляді

, (2.133)

. (2.134)

Вважаємо, що центри рекомбінації S можуть перебувати лише у двох зарядових станах, які визначаються захопленням нерівноважних електронів або дірок. Тому сума величин n_s і p_s дорівнює концентрації центрів рекомбінації:

. (2.135)

Отже, будь-яка зміна концентрації носіїв заряду одного знака на рівнях S викличе відповідну зміну концентрації носіїв протилежного знака, що, згідно з виразами (2.133) і (2.134), призведе до зміни часів життя _n і _р.

Для з’ясування впливу рівнів прилипання на величини _n і _р розглянемо такий приклад. Нехай у напівпровіднику є лише рівні рекомбінації S. Тоді при освітленні у стаціонарних умовах встановляться деякі значення величин n_s і p_s та, відповідно, _n і _р. Якщо в деяку мить часу ввести в такий напівпровідник певну кількість рівнів прилипання М, які можуть захоплювати нерівноважні електрони, то

- 87 -

стаціонарний стан порушиться. Рівні прилипання почнуть захоплювати електрони з с-зони. Внаслідок цього концентрація електронів у с-зоні зменшиться і, відповідно, стане меншим, їх потік C_nsp_sn на рівні рекомбінації, що призведе до зменшення величини n_s і, згідно з виразом (2.135), до збільшення величини p_s. Зменшення n_s, згідно з (2.133), зумовить збільшення _р, а збільшення p_s – зменшення _n.

Отже, у випадку біполярної провідності у стаціонарному стані наявність рівнів прилипання спричинює зменшення часу життя носіїв заряду того знака, які захоплюються рівнями прилипання, і до збільшення часу життя носіїв заряду, які “не прилипають” (рис. 2.25).

Для отримання аналітичних виразів, що визначають вплив рівнів прилипання на фотопровідність у випадку біполярної провідності, необхідно провести кількісний аналіз кінетики електронних переходів у даній схемі. Значення _n і _р, одержані на основі такого аналізу для випадку високого рівня збудження у стаціонарному стані, дорівнюють:

, (2.136)

, (2.137)

де _о – час життя нерівноважних носіїв заряду при відсутності рівнів прилипання (_n = _p = _o при М = 0);  = М/n₁ – коефіцієнт прилипання.

Рис. 2.25. Вплив рівнів прилипання для електронів

на час життя нерівноважних носіїв у стаціонарному стані

для випадку біполярної провідності при високому рівні збудження

- 88 -

Підставляючи значення _n і _p у вираз (2.25) для _ст, отримуємо:

. (2.138)

де _о – стаціонарна фотопровідність при відсутності рівнів прилипання; С_р = С_р/(С_n + C_p); _n = _n/(_n + _p); _p = _p/(_n + _p).

Зауважимо, що вплив центрів захоплення нерівноважних носіїв заряду на фотопровідність залежить від ряду факторів, які визначають розташування рівня Фермі та відповідного демаркаційного рівня.