Generación del transportista y nueva combinación

En la física del estado sólido de semiconductores, la generación del transportista y la nueva combinación son procesos por los cuales los transportistas del precio móviles (electrones y agujeros de electrones) se crean y se eliminan. La generación del transportista y los procesos de la nueva combinación son fundamentales para la operación de muchos dispositivos de semiconductor optoelectrónicos, como fotodiodos, LEDs y diodos láser. También son críticos a un análisis lleno de dispositivos de la unión p-n como transistores de la unión bipolares y diodos de la unión p-n.

El par del agujero de electrones es la unidad fundamental de generación y nueva combinación, correspondiente a un electrón transitioning entre el grupo de la valencia y el grupo de la conducción.

Estructura del grupo

Como otros sólidos, los materiales de semiconductor hacen determinar la estructura del grupo electrónica por las propiedades de cristal del material. La distribución de la energía actual entre los electrones es descrita por la energía de Fermi y la temperatura de los electrones. A la temperatura cero absoluta, todos los electrones tienen la energía debajo de la energía de Fermi; pero a temperaturas distintas a cero los niveles de la energía están llenos después de distribución de Boltzmann.

En semiconductores la energía de Fermi está en medio de un grupo prohibido o la banda prohibida entre dos grupos permitidos llamó el grupo de la valencia y el grupo de la conducción. El grupo de la valencia, inmediatamente debajo del grupo prohibido, muy normalmente casi completamente se ocupa. El grupo de la conducción, encima del nivel de Fermi, es normalmente casi completamente vacío. Como el grupo de la valencia está así casi lleno, sus electrones no son móviles, y no pueden fluir como la corriente eléctrica.

Sin embargo, si un electrón en el grupo de la valencia adquiere bastante energía de alcanzar el grupo de la conducción, puede fluir libremente entre los estados de la energía del grupo de la conducción casi vacíos. Además también dejará un agujero de electrones que puede fluir como corriente exactamente como una partícula cargada física. La generación del transportista describe procesos por los cuales los electrones ganan la energía y se mueven del grupo de la valencia al grupo de la conducción, produciendo a dos transportistas móviles; mientras la nueva combinación describe procesos por los cuales un electrón del grupo de la conducción pierde la energía y ocupa de nuevo el estado de la energía de un agujero de electrones en el grupo de la valencia.

En un material en generación de equilibrio termal y nueva combinación se equilibran, de modo que la densidad del transportista del precio neta permanezca constante. La densidad del transportista de equilibrio que resulta del equilibrio de estas interacciones es predita por la termodinámica. La probabilidad que resulta de la ocupación de estados de la energía en cada grupo de la energía da la estadística Fermi-Dirac.

Generación y procesos de la nueva combinación

La generación del transportista y la nueva combinación resultan de la interacción entre electrones y otros transportistas, con el celosía del material, o con fotones ópticos. Cuando el electrón se mueve de un grupo de la energía al otro, su energía ganada o perdida debe tomar alguna otra forma, y la forma de la energía distingue diversos tipos de generación y nueva combinación:

Proceso de Shockley-Read-Hall (SRH)

El electrón en la transición entre grupos pasa por un nuevo estado de la energía creado dentro de la banda prohibida por una impureza en el celosía (estado Localizado). El estado localizado puede absorber diferencias en el ímpetu entre los transportistas, y por tanto este proceso es la generación dominante y proceso de la nueva combinación en el silicio y otros materiales bandgap indirectos. También se puede dominar en materiales bandgap directos en condiciones de densidades del transportista muy bajas (inyección del nivel muy bajo). La energía se cambia en la forma de la vibración del celosía o un phonon cambio de la energía termal con el material. Las impurezas crean niveles de la energía dentro de la banda prohibida, formando trampas del nivel profundo.

Cambio del fotón

Durante la nueva combinación de radiación, una forma de la emisión espontánea, un fotón se emite con la longitud de onda correspondiente a la energía soltada. Este efecto es la base de LEDs. Como el fotón lleva el relativamente pequeño ímpetu, la nueva combinación de radiación sólo es significativa en materiales bandgap directos.

Cuando los fotones están presentes en el material, se pueden o absorber, generando a un par de transportistas libres, o pueden estimular un acontecimiento de la nueva combinación, causando un fotón generado con propiedades similares a un responsable del acontecimiento. La absorción es el proceso activo en fotodiodos, células solares y otros fotodetectores de semiconductor, mientras la emisión estimulada es responsable de la acción de láser en diodos láser.

Nueva combinación del taladro

Dan la energía a un tercer transportista, que se excita a un nivel de la energía más alto sin moverse a otro grupo de la energía. Después de la interacción, el tercer transportista normalmente pierde su energía excedente a vibraciones termales. Ya que este proceso es una interacción de tres partículas, sólo es normalmente significativo en condiciones de no equilibrio cuando la densidad del transportista es muy alta. El proceso del efecto del Taladro fácilmente no se produce, porque la tercera partícula tendría que comenzar el proceso en el estado de gran energía inestable.

La nueva combinación del Taladro se puede calcular de la ecuación:

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