Кафедра Микроэлектроники и Биомедицинской Инжинерии
Отчет
По дисциплине: Физика твердого тела.
Лабараторная №1
Тема: Исследование рекомбинации и диффузии неравновесных носителей заряда.
Выполнил: ст.гр.MN-132
Хорозов А. И.
Проверил: ___________
___________
Кишинев 2014
Цель работы: Определение диффузионной длины, коэффициента диффузии и времени жизни неосновных носителей заряда.
Теоретическое обоснование:
В любом п/п имеются подвижные носители заряда обоих знаков: электроны и дырки. Те носители заряда, которых в данном п/п большинство, называются основными, а носители представленные в меньшенстве – неосновными. Равновесные концентрации электронов и дырок, соответствующие данной температуре, устанавливаются в результате уравнивания скоростей двух процессов: теплового возбуждения (генерации) и рекомбинации (обратных переходов). Эти скорости определяются шириной ЗЗ, концентрацией, и энергетическим положением донорных и акцепторных примесей. Таким образом, при каждой температуре в данном п/п существует концнтрация n0 электронов и р0 дырок. Концентрацию электронов и дырок в п/п можно сделать больше их равновесных значений путем введения в объем п/п дополнительных носителей, называемых неравновесными. Если, например, осветить п/п, то концентрация ностителей заряда в нём увеличится и это состояние сохранится в течение некоторого времени. Время, в течение которого сохраняется неравновесное состояние, оказалось величниной, меняющихся в очень широких приделах в различных кристаллах.Это позволяет заключить, что рекомбинация электронов и дырок происходит не непосредственно в результате их соударения, а на различного рода нарушениях кристаллической решетки, которые могут служить ловушками для элеектронов или дырок, увеличивающими вероятность рекомбинации.
|
|
Диффузионная длина неосновных носителей заряда.
Диффузионная длина неосновных носителей - это среднее расстояние, которое может пройти носитель от места его появления до места, где он рекомбинирует.
Диффузионная длина связана с временем жизни через коэффициент диффузии в соответствие со следующей формулой: LD= 
, где LD - диффузионная длина в метрах, 
- коэффициент диффузии в м²/с и 
- время жизни в секундах. Диффузионная длина есть расстояние, на котором концентрация неравновесных носителей уменьшается в e=2.718 раз. При наличии электрического поля, постояннные спада L1 и L2 отличаются от диффузионной длины LD. Велечины L1 и L2 называются «диффузионной длиной вдоль поля» и «диффузионной длиной против поля».
Измерительная установка и методика измерений коеффициента диффузии и времени жизни носителей.
Сущность метода заключается в следующем. На исследуюемый образец падает пучок света, движущийся с постоянной скоростью по светочувствительной поверхности кристалла, на которой установлен металлический зонд (коллектор). В освещенной области создаются избыточные носители тока, которые диффундируют в неосвещенную область со скоростью диффузии: VD= 
, где L – средняя диффузионная длина.
При движущемся световом пятне характер распределения избыточных носителей определяется постоянной L и скоростью перемещения светового пятна V. Величина эффективной диффузии длины L с разных сторон от святового пятна должна иметь различные значения, т.к. одновременно с перемещением светового луча по образцу генерированные светом носители заряда будут диффундировать в соседние неосвещенные области образца.Функция распределения избыточных носителей по объёму неосвещенного кристала для областей X>0 и X<0
|
|
(Х – отсчитывается относительно подвижной системы координат, начало которой связывается с центром движующегося пятна) записывается в форме.
Функция 
определяется экспериментально – измерением фотоэдс, возникающей под действием света на коллекторе. По постоянным l1 и l2, которые находят по экспериментально полученной кривой, могут быть вычислины время жизни τ и коэффициент диффузии D: 
Обычно 
и 
находят графически по наклону прямых 
Так как Х меняется во времени с движением светового пятна, то за горизонтальную ось принимают ось времени.
Блок схема измерительной установки: 