Инжектиране на носители на малцинства
Работа, извършена през 2001г
Инжектиране на малцинствени носители на ток - Резюме, раздел Физика, - 2001 - Светоизлъчващи диоди Инжектиране на малцинствени носители на ток. Основата на полупроводника Светоиз.
Инжектиране на малцинствени превозвачи на ток. Работата на полупроводниковите светодиоди се основава на редица физически явления, най-важните от които са инжектирането на малцинствени носители в активната област на структурата чрез електронна дупка хомо- или хетеропреход, радиационна рекомбинация на инжектирани носители в активната област на структурата.
Тази глава ще разгледа най-важните физически явления, въз основа на които функционира светодиодът и които трябва да се вземат предвид при проектирането на устройства за различни цели. Феноменът на инжектиране на малцинствен носител служи като основен механизъм за въвеждане на неравновесни носители в активната област на структурата на светодиодите и не без причина тези устройства често се наричат инжекционни светлинни източници. Физиката на потока на инжекционния ток в pn преходи е разгледана в трудовете на Шокли и в много монографии.
В генерализирана форма инжектирането на носители чрез pn прехода може да бъде представено по следния начин. Когато се създаде pn преход в полупроводник, носителите в неговата околност се разпределят по такъв начин, че да изравнят нивото на Ферми. В контактната област на p- и n-тип слоеве, електроните от донори преминават към най-близките акцептори и се образува диполен слой, състоящ се от йонизирани положителни донори от n-страните и йонизирани отрицателни акцептори от p-страната.
Електрическото поле на диполния слой създава потенциална бариера, която предотвратява по-нататъшната дифузия на електрическите заряди. При прилагане на електрическо изместване в посока напред U към p-n-прехода потенциалната бариера намалява, в резултат на което допълнителен брой електрони ще влязат в p-областта и дупки ще влязат в n-областта.
Това дифузионно въвеждане на малцинствени носители се нарича инжектиране. Концентрацията на инжектирани електрони на границата на pn-прехода и p-областта n xp се определя от израза n Xp np exp eU kT, 1 където np е концентрацията на равновесни електрони в p-областта k-константа на Болцман T-температурен електронен заряд. Концентрацията на инжектираните носители зависи само от равновесната концентрация на малцинствените носители и приложеното напрежение.
Тъй като инжектираните носители се рекомбинират с повечето носители на съответната област, тяхната концентрация np, в зависимост от разстоянието от pn прехода, се променя, както следва за електроните в p-областта npn xp exp - x-xp Ln, 2 където Ln е дифузионната дължина на електроните ... Както следва от формула 2. концентрацията на излишните носители експоненциално намалява с разстоянието от pn-прехода и на разстоянието Ln Lp намалява с коефициент e, където e 2.72 е основата на естествения логаритъм. Дифузионният ток In, дължащ се на рекомбинацията на инжектираните електрони, се описва с израза In eDnnp exp eU kT -1 Ln 3, където Dn е коефициентът на електронна дифузия.
Токът на дифузионния отвор In се описва с подобен израз. В случаите, когато както електронните, така и дупковите компоненти на тока са значителни, общият ток I се описва с формулата I In0 Iр0 exp eU kT - 1, 4 където In0 eDn np Ln Ip0 eDp pn Lp. 5 Особеността на решаването на инжекционни проблеми при проектирането на светодиоди, при които по правило една от областите на p-n-структурата е оптически активна, т.е. притежава висок вътрешен квантов добив на радиация, се крие във факта, че за да се получи ефективна електролуминесценция, цялото инжектиране на малцинствените носители трябва да бъде насочено в тази активна област, а инжектирането в обратната посока трябва да бъде потиснато.
Ако p-тип регионът е активен, тогава е необходимо електронният компонент на дифузионния ток да преобладава над дупковия и интензивността на рекомбинацията в областта на космическия заряд е ниска.