Trägererzeugung und der Rekombination

FONT SIZE:
fontsize_dec
fontsize_inc
Januar 7, 2017 Emma Keller T 0 8

In der Festkörperphysik von Halbleitern, Trägererzeugung und Rekombination sind Prozesse, durch die beweglichen Ladungsträger erzeugt und ausgeschieden. Trägererzeugung und der Rekombination Prozesse sind grundlegend für den Betrieb von vielen optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wie zum Beispiel Photodioden, Leuchtdioden und Laserdioden. Sie sind auch für eine vollständige Analyse der pn Übergangsvorrichtungen wie bipolare Sperrschichttransistoren und pn-Dioden.

Die Elektronen-Loch-Paar ist die grundlegende Einheit der Erzeugung und Rekombination entsprechend einer Elektronen Übergang zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband.

Bandstruktur

Wie andere Feststoffe, Halbleitermaterialien haben elektronische Bandstruktur durch die Kristalleigenschaften des Materials bestimmt. Der tatsächliche Energieverteilung zwischen den Elektronen von dem Fermi-Niveau und die Temperatur der Elektronen beschrieben. Am absoluten Nullpunkt Temperatur, alle Elektronen Energie unterhalb des Fermi-Niveaus; aber bei von Null verschiedenen Temperaturen die Energieniveaus nach einer Boltzmann-Verteilung gefüllt.

In Halbleitern das Ferminiveau liegt in der Mitte eines verbotenen Bandes oder Bandlücke zwischen beiden erlaubten Bands genannt Valenzband und dem Leitungsband. Das Valenzband, unmittelbar unterhalb des verbotenen Bandes, normalerweise nahezu vollständig belegt. Das Leitungsband über dem Fermi-Niveau ist in der Regel nahezu vollständig entleert ist. Da das Valenzband so fast voll ist, sind die Elektronen nicht mobil, und kann nicht als elektrischer Strom fließen kann.

Jedoch, wenn ein Elektron im Valenzband erlangt genügend Energie, um die Leitungsband zu erreichen, ist es frei zwischen den fast leeren Leitungsbandenergiezustände fließen kann. Darüber hinaus wird es auch hinter einem Elektronenloch, das als Strom genau wie eine physische geladene Teilchen fließen zu lassen. Trägererzeugungs beschreibt Prozesse, durch die Elektronen zu erlangen Energie und bewegen sich aus dem Valenzband in das Leitungsband, Herstellung von zwei Mobilfunkbetreiber; während Rekombination beschreibt Verfahren, durch die ein Leitungsbandelektronenenergie und verliert Wieder nimmt den Energiezustand eines Elektrons Loch im Valenzband.

In einem Material im thermischen Gleichgewicht Erzeugung und Rekombination sind ausgeglichen, so dass die Nettoladungsträgerdichte konstant bleibt. Die Gleichgewichtsladungsträgerdichte, die aus dem Gleichgewicht dieser Interaktionen resultiert, wird durch die Thermodynamik vorhergesagt. Die sich ergebende Wahrscheinlichkeit der Besetzung der Energiezustände in jedem Energieband wird durch Fermi-Dirac-Statistik angegeben.

Erzeugung und Rekombinationsprozesse

Trägererzeugung und der Rekombination resultieren aus Wechselwirkungen zwischen Elektronen und anderen Trägern, entweder mit dem Gitter des Materials oder mit optischen Photonen. Die Rekombination Konzept gilt, wenn es einen Überschuss von Trägern, während die Erzeugung hält, wenn es ein Defizit von Trägern. So bewegt sich das Elektron von einem Energieband auf ein anderes, muss dessen gewonnen oder verloren Energie eine andere Form haben, und die Form der Energie unterscheidet verschiedene Arten der Erzeugung und Rekombination:

Shockley-Read-Hall-Prozess

Die Elektronen, die den Übergang zwischen den Bändern durchläuft eine neue Energiezustand in der Bandlücke von einer Verunreinigung in dem Gitter erzeugt. Der lokalisierte Zustand kann Unterschiede in Dynamik zwischen den Trägern zu absorbieren, und so ist dieses Verfahren der Erzeugung und Rekombination dominant in Silicium und andere indirekte Bandlückenmaterialien. Es kann auch in direkter Bandlücke Materialien dominieren unter Bedingungen einer sehr niedrigen Ladungsträgerdichten. Die Energie wird in Form von Gitterschwingung ausgetauscht, ein Phonon Austausch thermischer Energie mit dem Material. Die Verunreinigungen erstellen Energieniveaus innerhalb der Bandlücke und bilden Tiefniveau Fallen. Der Prozess wird nach William Shockley, William Thornton lesen und Robert N. Hall benannt.

Photon Wechsel

Während Strahlungsrekombination eine Form der spontanen Emission ein Photon mit der Wellenlänge, die der freigesetzten Energie emittiert. Dieser Effekt ist die Grundlage der LEDs. Da das Photon trägt relativ wenig Dynamik, ist strahlende Rekombination nur in direkter Bandlücke Materialien signifikant.

Wenn Photonen in dem Material vorhanden sind, können sie entweder absorbiert werden, wodurch ein Paar von freien Trägern oder sie ein Rekombinationsereignis stimulieren kann, was zu einem erzeugten Photonen mit ähnlichen Eigenschaften wie der für die Veranstaltung. Absorption ist der aktive Prozeß in Photodioden, Solarzellen und andere Halbleiterphotodetektoren, wobei die stimulierte Emission ist für die Laserwirkung bei Laserdioden verantwortlich.

Auger-Rekombination

Die Energie wird zu einem dritten Träger, der auf ein höheres Energieniveau, ohne sich in einen anderen Energieband angeregt wird gegeben. Nach der Wechselwirkung, der dritte Träger verliert normalerweise ihre überschüssige Energie in Wärmeschwingungen. Da dieses Verfahren ist ein Drei-Teilchen-Wechselwirkung ist es normalerweise in einer Nicht-Gleichgewichtsbedingungen nur signifikant, wenn die Ladungsträgerdichte ist sehr hoch. Die Auger-Effekt-Prozess nicht leicht herstellen, da die dritte Partikel müsste der Prozess im instabilen energiereichen Zustand zu beginnen.

Die Auger-Rekombination kann aus der Gleichung berechnet werden:

Auger-Rekombination in LEDs

Der Mechanismus verursachen LED-Effizienz Statik wurde 2007 als Auger-Rekombination, die mit einer gemischten Reaktion erfüllt identifiziert. Im Jahr 2013, eine experimentelle Studie behauptet, Auger-Rekombination als Ursache der Effizienzabfall identifiziert haben. Es bleibt jedoch umstritten, ob die Höhe der Auger Verlust in dieser Studie festgestellt, genügt, um die Statik zu erklären. Andere häufig zitiert Beweise gegen Auger als Haupt Droop verursacht Mechanismus ist die Niedertemperaturabhängigkeit dieses Mechanismus, der entgegengesetzt zu derjenigen für den Durchhang zu finden ist.

  0   0
Vorherige Artikel Anna Vorontsova

In Verbindung Stehende Artikel

Kommentare - 0

Keine Kommentare

Fügen Sie einen Kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Zeichen übrig: 3000
captcha