инжекция носителей заряда

ИНЖЕКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА - увеличение концентрации носителей заряда в полупроводнике (диэлектрике) в результате переноса носителей током из областей с повыш. концентрацией (металлич. контактов, гетеропереходов)под действием внеш. электрич. поля. И. н. з. приводит к нарушению термодинамич. равновесия электронной системы в полупроводнике. Инжектированные носители обычно термализуются за время, малое по сравнению со временем жизни носителей, так что нарушенным оказывается лишь концентрационное равновесие (см. Квазиуровни Ферми). Инжекция осн. носителей происходит, напр., при подаче обратного смещения на р-n-переход, если у катода имеется слой, обогащённый осн. носителями (см. Контактные явления в полупроводниках ).При этом в образце появляется пространств, заряд, препятствующий дальнейшему поступлению носителей из обогащённого слоя. Плотность j стационарного тока определяется условием, что падение напряжения внутри образца, обусловленное пространств, зарядом, уравновешивается внеш. напряжением U (закон Мотта):

Здесь s₀ - электропроводность образца в. отсутствие И. н. з., m - подвижность инжектированных носителей, t=e/4ps₀ - время релаксации, е - диэлектрич. проницаемость, L - длина образца в направлении тока. Линейный закон Ома переходит в квадратичный закон Мотта при t_пр~t, где t_пр=L²/mU - время пролёта носителей между электродами. При большом приложенном напряжении (1) опять переходит в закон Ома, но с гораздо большей электропроводностью. При этом образец заполняется инжектированными носителями с практически постоянной по объёму концентрацией, равной граничной концентрации n_гр в обогащённом слое в отсутствие тока. Установление омического режима происходит, когда t_пp становится сравнимым с t=e/4pеmn_гр. При наличии в образце т. н. ловушек (см. Захват носителей заряда)с концентрацией, превышающей концентрацию осн. носителей, инжектированные носители сначала почти все захватываются ловушками и концентрация носителей в образце практически не увеличивается. Это приводит к удлинению первого омического участка вольт-амперной характеристики (ВАХ) и резкому скачку в конце его (заполнение всех ловушек), за к-рым следует квадратичный участок ВАХ. Двойная (биполярная) инжекция осн. носителей возникает, когда электроны и дырки инжектируются с противоположных электродов и движутся навстречу. Т. к. они могут нейтрализовать друг друга, то ток ограничивается лишь рекомбинацией носителей заряда и обычно гораздо больше тока монополярной И. н. з. в том же кристалле. Захват носителей ловушками при двойной инжекции может приводить к появлению отрицательного дифференциального сопротивления (S-образной ВАХ). Инжекция неосновных носителей происходит при подаче прямого смещения на р-n-nереход, гетеропереход или контакт металл - полупроводник вследствие уменьшения разности потенциалов на контакте. Инжектированные неосновные носители проникают в полупроводник на глубину, определяемую рекомбинацией; она по порядку величины совпадает с диффузионной длиной в слабых внеш. полях и с дрейфовой длиной (см. Дрейф носителей заряда)в сильных полях. Инжекция неосновных носителей лежит в основе действия полупроводникового диода, транзистора и др. полупроводниковых приборов. Изучение стационарных и переходных процессов И. н. з. позволяет исследовать подвижности носителей, а также определить концентрации, энергетич. положения и сечения захвата примесных центров в высокоомных полупроводниках и диэлектриках. Прохождение инжекционных токов является одним из механизмов переноса заряда в тонких диэлектрич. плёнках. Лит.: Ламперт М., Марк П., Инжекционные токи в твердых телах, пер. с англ., М., 1973; Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, М., 1977; Адирович Э. И., Карагеоргий-Алкалаев П. М., Лейдерман А. К)., Токи двойной инжекции в полупроводниках, М., 1978. Э. М. Эпштейн.

   <<      Предметный указатель      >>