Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ

РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ

РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ - дефекты или примесные атомы (ионы) в кристаллич. решётке, на к-рых происходит рекомбинация электронно-дырочной пары (см. Рекомбинация носителей заряда). Процесс осуществляется путём последоват. захвата электрона и дырки центром. Энергетич. уровни Р. ц. лежат в запрещённой зоне, и центр обменивается носителями заряда с зоной проводимости ( с )и валентной дырочной зоной (u )посредством процессов термич. испускания электронов из заполненного Р. ц. в зону с (с вероятностью в единицу времени g _Э )и дырки из пустого Р. ц. в зону u (с вероятностью g _Д), а также обратных процессов захвата свободного электрона на пустой Р. ц. (вероятность К _Э )и свободной дырки на заполненный Р. ц. ( К _Д). Величины g _Э, g _Д, К _Э, К _Д. определяются сечениями захвата электрона и дырки их тепловыми скоростями энергетич. расположением уровня Р. ц. и краев зон кратностью вырождения уровня Р. ц. g, статистич. факторами с- и u -зон . Они являются ф-циями темп-ры Т и концентраций свободных электронов n и дырок p (при отсутствии вырождения):

Для Р. ц. справедливы соотношения

т. е. заполненный электроном Р. ц. со значительно большей вероятностью захватывает дырку, чем испускает электрон в зону с, тогда как пустой - с большей вероятностью захватывает электрон, чем испускает дырку в зону v.

При др. соотношениях между величинами К _Д, К _Э и g _Э, g _Д дефекты и примесные атомы будут играть роль центров прилипания (ловушек) электронов центров прилипания дырок или центров генерации носителей (если . Если захват хотя бы одного из носителей заряда центром происходит с излучением фотона, уносящего осн. часть выделяющейся энергии, то он наз. центром излучательной рекомбинации (ЦИР) или центром свечения (люминесценции). Др. часть энергии может выделяться в виде фононов. В разных ЦИР излучат. процесс реализуется разл. путями: а) при захвате свободного носителя из с- или u -зоны непосредственно в осн. состояние центра; соответствующие сечения излучат. захвата лежат обычно в пределах 10^-18-10^-20 см ²; б) при переходе носителя, захваченного на мелкий возбуждённый уровень ЦИР, в осн. состояние; в) при т. н. внутри центровом переходе захваченного носителя между находящимися в запрещённой зоне уровнями внутр. электронной оболочки глубокого Р. ц. (напр., 3d -оболочки атома переходного металла или 4f -оболочки редкоземельного атома); г) при т. н. туннельном межцентровом переходе носителей между уровнями близко расположенных донора и акцептора, составляющих единый Р. ц.

Захват каждого из носителей центром безызлу-чательной рекомбинации (ЦБР) происходит с передачей всей выделившейся энергии решётке либо непосредственно в виде фононов (многофонон-ная безызлучат. рекомбинация), либо сначала другому свободному или связанному носителю, к-рый затем отдаёт эту энергию решётке (оже - рекомбина-ция). Связанный носитель может находиться либо на том же (многозарядном) центре, либо на соседнем. Так, излучат. захват свободного электрона глубоким акцептором А может быть подавлен безызлучат. захватом, если в решётке вблизи А (на расстоянии, достигающем десятков A) находится заполненный (глубокий) донор D. Выделяющаяся энергия уносится электроном донора, эмитируемым в с -зону. Такая донорно-акцептор-ная пара может рассматриваться как оже-центр безызлучат. рекомбинации.

Уровни центров многофононной безызлучат. рекомбинации обычно расположены вблизи середины запрещённой зоны, их положение зависит от зарядового состояния центра, причём электрон-фононное взаимодействие в центре сильное. Такими центрами могут быть как точечные, так и протяжённые дефекты, напр. крупные кластеры, включения др. фазы, дислокации.

При наличии у Р. ц. неск. метастабильных "конфигураций" (ориентации, расстояний между компонентами центра и т. д.), соответствующих разл. минимумам полной энергии, рекомбинация носителей может сопровождаться на Р. ц. его переходом между метаста-бильными состояниями.

Лит.: Смит Р., Полупроводники, пер. с англ., 2 изд., М., 1982; Коварский В. А., Кинетика безызлучательных процессов, Киш., 1968; Landsberg Р. Т., Adam s М. J., Radiative and auger processes in semiconductors, "J. of Luminescence", 1973, v. 7, p. 3; Бонч - Бруевич В. Л., К а-лашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977; Милис А., Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках, пер. с англ., М., 1977; Pидли В., Квантовые процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1986. М. К. Шейнкман.