Главная > Солнечные элементы: Теория и эксперимент
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

2.2.4. Рекомбинационно-генерационный процесс в обедненном слое

Во многих типах структур с -переходом рекомбинацией носителей в обедненном слое пренебречь нельзя. В значительной степени относится к элементам, находящимся при низком напряжении смещения, и к гетеропереходам. После ознакомления с наиболее общими вопросами мы рассмотрим кратко теорию симметричного гомогенного перехода, разработанную Са, Нойсом и Шокли (СНШ), а также усовершенствованный вариант этой теории, предназначенный для описания асимметричных переходов.

Приближенный анализ рекомбинационно-генерационного процесса переноса носителей заряда в обедненном слое основан на предположении о том, что в этом слое положение квазиуровней Ферми не меняется. Рассмотрение выражения для скорости рекомбинации носителей

полученного Шокли и Ридом, показывает, что максимальное значение U соответствует такому положению уровня химического потенциала для собственного полупроводника, при котором он приблизительно одинаково удален от квазиуровней Ферми для электронов и дырок. Скорость рекомбинации резко снижается, если существенно отличается от значения и поэтому при прямом смещении интенсивная рекомбинация носителей заряда происходит в пределах ограниченной области обедненного слоя. Таким образом, в выражении интеграла (2.1) скорость рекомбинации можно заменить ее максимальным значением. Если предположить, что энергетическое положение уровня рекомбинационного центра совпадает и что , то

По обе стороны максимума скорость рекомбинации уменьшается экспоненциально, причем характеристическая длина этого спада равна где § — напряженность электрического поля в области перехода, определяемая с помощью соотношения . Эффективную толщину области рекомбинации приближенно можно представить в виде

Плотность рекомбинационно-генерационного тока в области перехода при прямом напряжении смещения

Это приближение для вполне приемлемо, хотя из более точного соотношения для следует, что при пространственно-однородном распределении рекомбинационных центров в симметрично легированном переходе коэффициент А всегда меньше двух.

При обратном смещении происходит генерация носителей заряда рекомбинационными центрами, причем максимальная скорость этого

процесса

В отличие от режима прямого смещения, когда ширина области наиболее интенсивной рекомбинации носителей заряда мала по сравнению с а скорость рекомбинации в этой области почти постоянна, в режиме обратного смещения при повышении напряжения область наиболее интенсивной рекомбинации расширяется, и в конечном счете скорость рекомбинации становится постоянной почти во всем слое. При этом плотность генерационно-рекомбинационного тока

Так как прямо пропорциональна плотность тока медленно возрастает при повышении обратного напряжения. Несмотря на то что при больших обратных напряжениях смещения положение квазиуровней Ферми для электронов и дырок в обедненном слое существенно отличается от обычно занимаемых ими, это незначительно влияет на ток, поскольку при повышении напряжения в условиях, когда быстро насыщается, приближаясь к значению, определяемому (2.28).

и другие [Sah е. а., 1957] более тщательно проанализировали этот вопрос. В первую очередь определили положение уровней (которые оказались почти постоянными во всем объеме обедненного слоя симметричного гомогенного перехода), а затем с использованием теории Шокли—Рида вычислили внутри обедненного слоя. Интегрированием по толщине области перехода был найден полный ток. Полученные результаты не могут быть представлены в компактной форме, однако при относительно невысоких значениях прямого напряжения смещения выражение для плотности рекомбинационно-генерационного тока имеет вид

Здесь

Для симметричных переходов при значениях V, по меньшей мере на несколько более низких, чем расширение области интегрирования при замене пределов интегрирования соответственно на 0 и приводит к незначительной погрешности. Функция изображенная на рис. 2.8, стремится к при малых b, которые отвечают большим V. Диодный коэффициент А является функцией (см. рис. 2.9, на котором изображена зависимость А от V). Следует отметить,

Рис. 2.8. Кривая зависимости [Sah е. a., 19S7] и соответствующие значения прямого напряжения смещения V, рассчитанные при

Рис. 2.9. Зависимость диодного коэффициента от нормированного прямого напряжения смещения для симметричного гомогенного перехода при рекомбинационно-генерационном механизме протекания тока - параметр, характеризующий энергетический уровень рекомбинационного центра; нормированный диффузионный потенциал

что А принимает максимальное значение около 1,8 при наличии глубоких рекомбинационных центров и приближается к единице при наличии мелкозалегающих центров Теоретические выводы Нойса и Шокли очень хорошо согласуются с результатами выполненных ими экспериментальных исследований по измерению параметров кремниевых диодов с гомогенным переходом.

В условиях обратного смещения, когда уровни не постоянны, уравнение (2.30) дает недостаточно точные результаты, однако его можно преобразовать к виду

Чу [Choo, 1968] усовершенствовал теорию СНШ, что позволило применить ее для анализа асимметричных переходов, в которых могут изменяться в более широком диапазоне. Эти переходы, как и симметричные, характеризуются однородным распределением рекомбинационных центров (имеющих единственный энергетический уровень) в обедненном слое; объемные свойства квазинейтральных областей также одинаковы. Отличительная особенность теории состоит в том, что он использовал более точные значения пределов интегрирования при определении а также учел зависимость от установил, что при наличии в области асимметричного -перехода активных центров донорного типа значения функции значительно уменьшаются по мере повышения прямого напряжения смещения, как это показано на рис. 2.10. Степень уменьшения возрастает при увеличении отношения . Центры акцепторного типа, сосредоточенные в области -перехода, почти не влияют на значения Для -переходов справедливы соотношения противоположного характера. Следствием асимметричности зависимости является уменьшение

Рис. 2.10. Зависимость от нормированного напряжения смещения теории и СНШ обеспечивают приблизительно одинаковые результаты для -перехода, представленного кривой кривая рассчитана с помощью теории рекомбинационные центры имеют следующие параметры:

Рис. 2.11, Асимметричный гомогенный переход с неоднородным распределением рекомбинационных центров, в данном случае связанных с состояниями на границе раздела

рекомбинационно-генерационных токов при повышенных прямых напряжениях смещения до такого низкого уровня, который отвечает насыщению в случае малой объемной концентрации носителей заряда.

Теории СНШ и успешно предсказывают форму вольт-амперной характеристики, однако в реальных диодах рекомбинационно-генерационные токи, как правило, существенно выше, особенно для электронно-дырочных переходов, получаемых в материалах с шириной запрещенной зоны существенно большей, чем у кремния. Несмотря на то что токи, рассчитанные с помощью теории имеют даже еще более низкие значения по сравнению с токами, соответствующими теории СНШ, достоинство первой состоит в том, что она позволяет объяснить получение значений диодного коэффициента А больших или равных двум (типичных для гетеропереходов).

До сих пор мы рассматривали приборы с -переходом, в которых рекомбинационные центры, образующие единственный энергетический уровень, были распределены равномерно по всему объему. Если мы обратимся теперь к асимметричному гомогенному переходу, для которого характерна высокая скорость рекомбинации носителей на границе раздела -областей (такая структура может образоваться при эпитаксиальном осаждении -слоя на «грязную» подложку проводимости -типа), то увидим, что границе раздела положение уровней по отношению к существенно изменяется в зависимости от степени легирования и типа проводимости областей, образующих переход (рис. 2.11). Взаимное расположение уровней определяется скоростью рекомбинации носителей заряда и, следовательно, значением общего тока, протекающего через -переход. Таким образом, существует

еще один вид влияния асимметричности перехода на диодный коэффициент А. Данную модель можно использовать (во всяком случае это осуществимо принципиально) для описания гетеропереходов.

1
Оглавление
email@scask.ru