Термогенерация и рекомбинация носителей заряда в р-п переходе

При выводе ВАХ идеализированного диода мы пренебрегали термогенерацией и рекомбинацией носителей в области р-п перехода, считая, что инжектированные составляющие дырочного и электронного токов одинаковы по обе стороны перехода.

Носители заряда, генерированные в ОПЗ, подхватываются сильным электрическим полем и выбрасываются за пределы перехода: электроны — в «-область, дырки — в р-область. Таким образом, ток термогенерации направлен от «-области кр-области.

Носители заряда, попадающие в ОПЗ из тех областей, где они являются основными, имеют вероятность рекомбинировать в области перехода. Поскольку электроны попадают в ОПЗ со стороны «-области, а дырки — со стороныр-области, с процессом рекомбинации в переходе связан ток, протекающий от p-области к n-области. При выводе ВАХ мы вычисляли диффузионный ток носителей после их прохождения через ОПЗ. Таким образом, ток, связанный с рекомбинацией в области перехода, учтен не был.

В равновесном состоянии токи термогенерации и рекомбинации в р-п переходе взаимно уравновешиваются.

При прямом смещении перехода инжекционные потоки носителей резко возрастают, соответственно возрастают концентрации носителей заряда в ОПЗ и ток, связанный с их рекомбинацией. Ток термогенерации, напротив, уменьшается, так как скорость генерации зависит только от температуры, а объем р-п перехода сокращается вследствие уменьшения его ширины. Таким образом, ток рекомбинации увеличивает общий прямой ток диода.

При обратном смещении перехода инжекционные потоки носителей практически прекращаются, соответственно прекращается и ток рекомбинации в переходе. С увеличением обратного смещения ток термогенерации несколько возрастает из-за увеличения объема р-п перехода вследствие его расширения. Таким образом, ток термогенерации увеличивает общий обратный ток диода и делает его зависящим от напряжения.

Как показано в параграфе 1.5.4, в моноатомных полупроводниках (Si, Ge) превалирующим является ловушечный механизм рекомбинации Шокли—Рида—Холла. При этом избыточная скорость рекомбинации определяется соотношением (1.5.4).

где т_{п0 р0} = 1/ N_tC_p С_п — вероятности захвата ловушками электронов и дырок, щ = n_ie^(E'~^F'^)/t:T, р, = n_ie^{F'~^E'^)/kT, Е₍—энергетический уровень ловушек. Оставаясь качественно верными, результаты значительно упрощаются, если положить.

При этом т"₀ = т_;)0 = т₀, н, = р, = n_it и для избыточной скорости рекомбинации получаем.

Согласно (II.3.2) в ОПЗ п (х)р (х) = nfe^{v/. Таким образом,}

^{Поскольку каждая рекомбинирующая в переходе пара вызывает прохождение через ОПЗ заряда е в направлении от р- к «-области, а каждая генерированная пара — прохождение того же заряда в обратном направлении, ток генерации-рекомбинации может быть представлен в виде}