Meghatározása a diffúziós hossz és élettartamát nem egyensúlyi hordozók félvezetők
Laboratóriumi munka №7
Meghatározása a diffúziós hossza és élettartamát nem egyensúlyi hordozók germánium eljárás mozgó fény szonda.
1. A diffúzió és sodródás az elektronok és a lyukak
A félvezetők, egyidejűleg a folyamat termikus gerjesztés az elektronok, így az elektronok átvitelét a vezetési sávban, rekombináció történik - visszafordítja vegyérték sáv. Az egyensúlyi állapotban egy adott hőmérsékleten hajtjuk végre abban az esetben, ha a azonos sebesség generációs és rekombinációs hordozók.
Ezért, mindegyik hőmérséklet a félvezető megfelel egy bizonyos egyensúlyi koncentrációját elektronok és lyukak.
Hatása alatt a fény vagy más sugárzás, valamint az injekció beadása alatt szállítókat egyengető érintkező az ömlesztett félvezető elektronok és lyukak vannak megnövekedett koncentrációit képest egyensúlyi értékeket. Okozott az úgynevezett nem-egyensúlyi (feleslegben) hordozók egyenlőtlenül oszlanak el a nagy részét a félvezető, amely azt okozza, hogy diffúzió miatt a koncentráció gradiens.
Ha egy külső villamos tér hordozók részt mellett a mozgási irányát, amely az úgynevezett drift mozgás.
A tervezés és félvezető eszköz fontos paramétereket, mint például a nem egyensúlyi töltéshordozók diffúziós hossza LD és ---------------------------- élettartam # 964;. Így tranzisztorok anyagból készült, amelynek nagy diffúziós úthossz nagyobb áramerősítést. Nagysága a diffúziós hossza függ a tökéletes kristályokat és a design a készülék és a felület jellege feldolgozásának félvezető. Meghatározásának egyik módszere az diffúziós hosszának kisebbségi töltéshordozók és nem egyensúlyi és élettartama fotoelektromos, amelyet használunk ebben a munkában.
A módszer abban áll, a félvezető minta besugárzását egy másik távolság a kollektor. A kollektor összegyűjti a fény által generált nem egyensúlyi töltéshordozók. Az érték a diffúziós hossz és élettartam határozzuk meg a függőség a jelet a kollektor annak távolság a fény próbával.
Két esetben diffúzió és sodródási egyensúlyi hordozók: unipoláris, amikor felesleges hordozói ugyanolyan előjelű, mint az egyensúlyi, és a bipoláris amikor egyensúlyi és nem egyensúlyi hordozók az ellenkező megjelölés (például injekció lyukak n-típusú félvezető).
Az első esetben, a diffúziós egyensúlyi hordozók sötétben régió vezet zavar a semlegesség és a megjelenése a tér díj és a mezőn. Ez a mező arra irányul, hogy a diffúziós, és megakadályozza a további növekedése az eltérés a semlegesség. Ennek eredményeként, a semlegesség sérül csak egy kis területen meghatározott ---------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------------- trolled szűrés hossza - Le. ugyanebben a kis területe kiterjed diffúzió (a Ge és Si szűrés sugara 10 -4 - 10 -6 cm). Ráadásul le - minél több, annál kisebb a vezetőképesség a mintában.
A második esetben, vagyis jelenlétében hordozói két védjegy, egy jelet hordozó diffúziós okoz miatt „törekvés” mozdulattal semlegesség hordozói ellenkező előjelű azonos irányban, hogy kompenzálják a tértöltés kialakulását. Például, ha egy bizonyos tartományában a félvezető elektronikus vezetőképes adagolhatjuk bármilyen módon a lyuk (ami ebben az esetben a kisebbségi töltéshordozók), van egy eltérés a semlegesség ezen a területen kiszűrésre miatt „visszahúzódik” ebben a régióban a többségi hordozót, azaz a elektronok.
Kellően magas koncentrációban jelentős fuvarozók és újraelosztás semlegesség helyreállítási fog történni, nagyon könnyen és rövid idő alatt. Így a diffúziós kisebbségi töltéshordozók a gyakorlatban bonyolult, hogy egy újraelosztó fordul elő, mivel a diffúzió az töltés nélküli részecskék.
Kérelemre a húzás mező kisebbségi töltéshordozók viselkednek sajátos; úgy sodródnak a pályát, töltött részecskéket azonban nem hoznak létre egy helyet díjat a területeken, ahol előfordulnak miatt gyors újraelosztás a nagyobb szolgáltatóknál.
Ha a befecskendezés végezzük fény, az elektron-lyuk párok által generált sugárzás elnyelése. Hiányában a ragasztás díjak egy megjelölés a szennyező koncentrációját a felesleges elektronok és lyukak egyenlő, úgy, hogy elegendő, ha azt mondják, minden koncentrációnál a nem egyensúlyi hordozók vagy elektronok vagy lyukak. Kérelmére a vezetési tér hatására, vagy más média fogja meghatározni a jele a zárófeszültség a kollektor. Mivel egyes szakaszain a mintát kell biztosítani a semlegesség feltétellel, hogy van, a kisebbségi töltéshordozó töltés mindig kiegyenlíti megfelelő újraelosztása a nagy fuvarozók, az azt jelenti, hogy mindenütt, ahol egyensúlyi kisebbségi töltéshordozók, azt egy azonos koncentrációjú egyensúlyi többségi töltéshordozók.
A eloszlása a nem egyensúlyi hordozóanyagokat hiányában egy mezőt, és jelenlétében a mező ábrán látható az 1. és 2..
Azt a kérdést, mennyiségi diffúzió és drift kisebbségi töltéshordozók.
Az elméleti számítások feltételezik:
a) az időben a töltéshordozók a rekombináció csapda (vagy ionizáció) lényegesen kisebb, mint az átlagos élettartama, úgy, hogy a tapadás lehet elhanyagolható, azaz figyelembe véve állandó (fix) injekció;
b) A felületi rekombinációt elhanyagolható, úgy, hogy a mért élettartama határozza meg rekombinációval a félvezető ömlesztett, és az injektált menesztők hiányában egy olyan területen, a radiális irányban (3. ábra); Erre a célra a felszínen a mintadarabot gondos mechanikai és kémiai kezelés;
c) a megvilágított területen, és a kollektor kellően eltávolítjuk az oldalsó határait a minta, így a visszaverődés a hordozók a határtól nem torzítja a mérési eredményeket. Ez a feltétel szinte teljesül, ha a távolság a legközelebbi határa a minta a fény szonda és a kollektor kevesebb, mint 1,5-szerese a diffúziós hossz kisebbségi töltéshordozók;
g) A fényérzékelő formájában csíkok vagy pöttyök élesen elhatárolható élek kell egy nagyon kis méretű. Ha a kollektor túl közel van a fény szonda, a feltételezéseket, megvilágított részén kis szélessége nem érvényesek. A mérési pontosság az szükséges, hogy a minimális érték közötti távolság a kollektor és a fényfolt nem kevesebb, mint öt alkalommal a szélessége a fény próba;
ahol g - hordozó keletkezési sebessége egységnyi térfogatra (fény, röntgensugarak, Hőionizációs, stb ...);
R - az arány a rekombinációja nem egyensúlyi hordozóanyagokat egységnyi térfogatra;
1 / l ×Ñ ; 1 / l ×Ñ - rendre az elektronok áramlását, és lyukakat a felületek határoló térfogatelem.
Mivel mi érdekli az elosztó a felesleges hordozók a sötét területen, akkor állítsa g = 0. A hordozó sűrűsége n0 és P0 a jelenlegi hajlamosak egyensúlyi értékei np és pn. Ha feleslegben hordozók -NP n0 és P0 -PN jellemzi ömlesztett értékei az élettartam # 964; n, és # 964; p rendre, akkor az arányt az rekombinációs elektronok be a p-típusú anyag egyenlő.
és a mértéke rekombinációs Lyukak fecskendeznek a n-típusú félvezető lesz
Mivel a nem-egyensúlyi menesztők hatása alatt az alkalmazott tér E és diffúzió (diffúzió fluxus arányos a gradiens a hordozó koncentráció), a teljes áram lesz egyenlő
Így alapján (7) következik, hogy a koncentrációja a kisebbségi töltéshordozók egyensúlyi csökken a távolság növelésével exponenciálisan. Az L értéke úgynevezett / hosszú meghúzási / hordozók. Ez határozza meg a távolságot, ahol a koncentráció nem egyensúlyi töltéshordozók faktorral csökken e.
Tekintsük a határesetben a megoldás a (7) egyenlet. Tegyük fel, hogy egy külső elektromos mezőt a félvezető nincs jelen, azaz E = 0. Ebben az esetben, szerint (4) S = 0, akkor L = L0. L0 méret egy úgynevezett „diffúzió” hossza töltéshordozók.
Ez az a távolság, amelyen a koncentrációja nem egyensúlyi töltéshordozók szaporítóanyag csak diffúzió útján hiányában egy külső villamos tér faktorral csökken e eredményeként a rekombináció.
A kis elektromos mezők a belsejében a félvezető, mint már említettük, akkor feltételezhetjük, hogy L = L0. Tekinthető látható módon történő meghatározása diffúziós hosszának hordozók L0 aktuális és az élettartam. Annak megállapítására, hogy szükség van, hogy vizsgálja meg a függőség p távolságtól mentén félvezető. Értelmesen L0. ismerve a diffúziós koefficiens D, a (4) képlet megtalálható egy értéket # 964;.
Meghatározásának egyik módszere az koncentrációjának nem-egyensúlyi töltéshordozók mérésén alapul a kollektor árama. Abban az esetben, pontszerű érintkezések kollektor áramának, amely beindítja a zárási irányban, arányos a koncentráció nem egyensúlyi kisebbségi töltéshordozók az érintkezési helyen.
2. Telepítés és méréstechnika
A használt mérő készülékkel diffúziós hossz típusú ZHK78.05
Szerelési vázlat ábrán látható. 4. A mintát rögzítve a manipulátor, amely egy táblázat a chip mozgó két vízszintes irányban. Hosszirányú mozgását a minta egy motoros. Egy motor forradalom megfelel 0,1 mm (egynegyede lapát tengely forgás). Ahhoz, hogy mozgassa a mintavevő szonda nyomódik egy álló volfrám szolgáló kollektor.
A minta felületét úgy világítjuk egy keskeny fénysugár érkező az izzót a fókuszáló optikai rendszer. Ez világítási rendszer lehetővé teszi egy bizonyos közelítő, hogy csökkentsék a probléma, hogy egy egydimenziós, a fent tárgyalt. Annak érdekében, hogy elválassza a része a kollektor árama, amely által okozott nem egyensúlyi hordozók az állandó összetevőt, egy pulzáló megvilágítást használunk. Fény van szakítva egy forgó tárcsa lyukakkal. frekvencia fény megszakítás úgy választjuk meg, hogy közben az időt, amikor a minta sötét, a kisebbségi töltéshordozók teljesen rekombinált.