Учебное пособие по курсам «Фотоэлектрические явления в полупроводниках» и«Фотоэлек­трические явления в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах»

~^Е/
Jn

~^Ef ^Jp
Ar кТ п — Nce	д j кТ р= Nve	(3.I4)

Здесь N_c и N_v - плотность состояний вблизи дна зоны проводимости и по­толка валентной зоны соответственно.

Приближенно можно считать, что подобно стационарному уровню Ферми квазиуровень, проходя через уровень примеси, превращает его из уровня ре­комбинации в уровень прилипания (или наоборот).
Если уровень рекомбинации превратится в уровень прилипания, то нахо­дящиеся на нем носители заряда, смогут быть термически выброшены в разре­шенную зону. Происходящий при этом процесс известен как термостимулиро­ванная проводимость. Более строго граница между уровнями прилипания и ре­комбинации для электронов определяется так называемой линией разграниче­ния (демаркационным уровнем), которая определяется следующим соотноше­нием:
* ~D_n ⁷
и е ^/кт = VS р

РГ (3.I5)

I, II - уровни прилипания для электронов, III - уровни рекомбинации, IV - уровни при­липания для дырок

Для «низкоомных» полупроводников, характеризующихся тем, что кон­центрация фотоносителей меньше концентрации темновых, следует рассматри­вать стационарный уровень Ферми Ef и единую линию разграничения D (еди­ный демаркационный уровень). В этом случае участок запрещенной зоны меж­ду Ef и D ответственен за прилипание электронов и рекомбинацию дырок и мо­жет играть более значительную роль в процессах рекомбинации и прилипания, чем в диэлектрике. Уровни рекомбинации для электронов лежат между единой линией разграничения D и потолком валентной зоны E_v.

Экспериментально наличие уровней прилипания проявляется в затягива­нии кинетики (релаксации) фотопроводимости, проявляющемся в том, что вслед за быстрым спадом (нарастанием) фототока под действием короткого им­пульса света наступает медленный спад (нарастание). Замедление кинетики фо­топроводимости связано с инерционным характером установления равновесия между уровнями прилипания и разрешенной зоной. Процессы прилипания бо­лее характерны для полупроводников с широкой запрещённой зоной и диэлек­триков, однако могут иметь место и в таких полупроводниках, как кремний (Ej=1.1 эВ). Рассмотрим кинетику фотопроводимости, наблюдавшуюся в опыте, схема которого представлена на рис. 3.5, а [18] . Образец кремния с электрода­ми на концах снабжался третьим электродом в середине и включался в мосто­вую схему. Левая половина образца в течение 1-2 с облучалась светом. При этом мост разбалансировался в направлении, соответствовавшем повышению проводимости левого плеча («+» на рис. 3,5, б). Однако по прошествии не­скольких десятков секунд после выключения света мост разбалансировался в противоположном направлении, то есть проводимость оказывалась больше у правого плеча. Опыт может рассматриваться как доказательство того, что элек­троны, первоначально захваченные левом плече, переместились под влиянием электрического поля в правое плечо и были захвачены там (многократный за­хват фотоносителей).

Участие уровней прилипания приводит к тому, что время фотоответа отли­чается от рекомбинационного времени жизни и определяется соотношением, аналогичным (3.3):

(3.18)
где n_t /n = (N_t/N_c)* e^{Es lkT}, n_t - число электронов, захваченных на уровни при­липания (мелкие ловушки), N_t- число мелких ловушек. Отношение п/п в широ­козонных полупроводника может составлять несколько порядков величины. С ростом освещенности число ловушек уменьшается вследствие «раздвигания» квазиуровней Ферми и г„ -»г. В главе 4 будет показано, что прилипание - не единственная причина, затягивающая релаксацию фотопроводимости.

3. 
   Два класса центров рекомбинации
   

Существуют особенности фотопроводимости, которые не могут быть объ­яснены в рамках рекомбинационной модели с одним уровнем (или с одним классом уровней) рекомбинации. К таковым относятся длинноволновое оптиче­
ское гашение, термическое гашение фотопроводимости и сверхлинейность люкс-амперных характеристик.
I
Рис. 3.6. Спектр фотопроводимости (1 и 2) и оптического гашения (3)