Генерация и рекомбинация носителей

редактировать

В физике твердого тела из полупроводников, носитель генерация и рекомбинация носителей - это процессы, посредством которых создаются и удаляются мобильные носители заряда (электроны и электронные дырки ). Процессы генерации и рекомбинации носителей являются фундаментальными для работы многих оптоэлектронных полупроводниковых устройств, таких как фотодиоды, светоизлучающие диоды и лазерные диоды. Они также важны для полного анализа устройств с pn переходом, таких как транзисторы с биполярным переходом и pn переходом диоды.

электронно-дырочная пара является основной единицей генерации и рекомбинации в неорганических полупроводниках, соответствующей переходу электрона между валентной зоной и зоной проводимости, где генерация электрона представляет собой переход из валентной зоны в зону проводимости, а рекомбинация приводит к обратный переход.

Содержание

1 Обзор
2 Связь между генерацией и рекомбинацией
3 Генерация носителей
4 Механизмы рекомбинации
5 Излучательная рекомбинация
- 5.1 Межзонная излучательная рекомбинация
- 5.2 Вынужденное излучение
6 Безызлучательная рекомбинация
- 6.1 Шокли – Рида – Холла (SRH)
  - 6.1.1 Типы ловушек
    - 6.1.1.1 Электронные ловушки и дырочные ловушки
    - 6.1.1.2 Мелкие ловушки и глубокие ловушки
  - 6.1.2 Модель SRH
- 6.2 Оже-рекомбинация
- 6.3 Поверхностная рекомбинация
- 6.4 Ланжевеновская рекомбинация
7 Ссылки
8 Дополнительная литература
9 Внешние ссылки

Обзор

Электронная зонная структура полупроводникового материала.

Подобно другим твердым телам, полупроводниковые материалы имеют электронную зонную структуру, определяемую кристаллическими свойствами материала. Распределение энергии между электронами описывается уровнем Ферми и температурой электронов. При абсолютном нуле температуре все электроны имеют энергию ниже уровня Ферми; но при ненулевых температурах уровни энергии заполняются согласно распределению Больцмана.

В нелегированных полупроводниках уровень Ферми находится в середине запрещенной зоны или запрещенной зоны между двумя разрешенными зонами, называемыми валентной зоной и зоной проводимости.. Валентная зона, находящаяся непосредственно под запрещенной зоной, обычно почти полностью занята. Зона проводимости выше уровня Ферми обычно почти полностью пуста. Поскольку валентная зона почти заполнена, ее электроны неподвижны и не могут течь как электрический ток.

Однако, если электрон в валентной зоне приобретает достаточно энергии, чтобы достичь зоны проводимости (в результате взаимодействия с другими электронами, дырками, фотонов или самой колеблющейся кристаллической решетки ), он может свободно течь между почти пустыми энергетическими состояниями зоны проводимости. Кроме того, он также оставит отверстие, по которому может течь ток, точно как физическая заряженная частица.

Генерация носителей описывает процессы, посредством которых электроны набирают энергию и перемещаются из валентной зоны в зону проводимости, образуя два подвижных носителя; в то время как рекомбинация описывает процессы, посредством которых электрон зоны проводимости теряет энергию и повторно занимает энергетическое состояние электронной дырки в валентной зоне.

Эти процессы должны сохранять как квантованную энергию, так и импульс кристалла, а колеблющаяся решетка играет большую роль в сохранении импульса, так как при столкновениях фотоны могут передавать очень небольшой импульс по отношению к своей энергии.

Связь между генерацией и рекомбинацией

На следующем изображении показано изменение генерируемых избыточных носителей (зеленый: электроны и фиолетовый: дырки) с увеличением интенсивности света (скорость генерации / см

3 {\ displaystyle ^ {3}}

^ {3}

) в центре внутренней полупроводниковой шины. Электроны имеют более высокую константу диффузии, чем дырки, что приводит к меньшему количеству избыточных электронов в центре по сравнению с дырками.

В полупроводниках всегда происходят рекомбинация и генерация, как оптически, так и термически. Как предсказывает термодинамика, материал при тепловом равновесии будет иметь скорости генерации и рекомбинации, которые уравновешены, так что чистая плотность носителей заряда остается постоянной. Результирующая вероятность заполнения энергетических состояний в каждой энергетической зоне определяется как статистика Ферми – Дирака.

Произведение электронной и дырочной плотностей ( $n {\ displaystyle n}$ $п$ и $p {\ displaystyle p}$ $p$ ) - это константа $(nopo = ni 2) {\ displaystyle (n_ {o} p_ {o} = n_ {i } ^ {2})}$ $(n_o p_o = n_i ^ 2)$ в равновесии, поддерживаемом за счет рекомбинации и генерации, происходящих с одинаковой скоростью. Когда есть избыток операторов связи (например, $np>ni 2 {\ displaystyle np>n_ {i} ^ {2}}$ $n p>n_i ^ 2$ ), скорость рекомбинации становится больше, чем скорость генерации, возвращая систему к равновесие. Аналогичным образом, когда есть дефицит носителей (т.е. $np < n i 2 {\displaystyle np$ $np <n_i ^ 2$ ), скорость генерации становится больше, чем скорость рекомбинации, снова возвращая систему к равновесию. Когда электрон движется из одного энергия и импульс, которые он потерял или получил, должны идти или исходить от других частиц, участвующих в процессе (например, фотонов, электронов или система колеблющихся атомов решетки ).

Генерация носителей

Когда свет взаимодействует с материалом, он может быть поглощен (генерируя пару свободных носителей или экситон ) или он может стимулировать событие рекомбинации. Сгенерированный фотон имеет те же свойства, что и тот, который вызвал событие. Поглощение - это активный процесс в фотодиодах, солнечных элементах и других полупроводниковых фотодетекторах, а стимулированное излучение - принцип работы в лазерные диоды.

Помимо возбуждения светом, носители в полупроводниках могут также генерироваться внешним электрическим полем, например, в светодиодах и транзисторах.

Когда свет с достаточной энергией попадает полупроводник, он может возбуждать электроны через запрещенную зону. Это генерирует дополнительные носители заряда, временно снижая электрическое сопротивление материалов. Эта более высокая проводимость в присутствии света известна как фотопроводимость. Это преобразование света в электричество широко используется в фотодиодах.

Механизмы рекомбинации

Рекомбинация носителей может происходить через несколько каналов релаксации. Основными из них являются межполосная рекомбинация, рекомбинация с использованием ловушек, рекомбинация Оже и поверхностная рекомбинация. Эти каналы распада можно разделить на радиационные и неизлучающие. Последний возникает, когда избыточная энергия преобразуется в тепло посредством фононного излучения по истечении среднего времени жизни $τ nr {\ displaystyle \ tau _ {nr}}$ ${\ displaystyle \ тау _ {nr}}$ , тогда как в первом по крайней мере часть энергии выделяется за счет излучения света или люминесценции после радиационного времени жизни $τ р {\ Displaystyle \ тау _ {г}}$ ${\ displaystyle \ tau _ {r}}$ . время жизни носителя $τ {\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ затем получается из частоты событий обоих типов согласно:

$1 τ = 1 τ r + 1 τ nr {\ displaystyle {\ frac {1} {\ tau}} = {\ frac {1} {\ tau _ {r}}} + {\ frac {1} {\ tau _ {nr}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ tau }} = {\ frac {1} {\ tau _ {r}}} + {\ frac {1} {\ tau _ {nr}}}}$

Из которого мы также можем определить внутреннюю квантовую эффективность или квантовый выход, $η {\ displaystyle \ eta}$ $\ eta$ как:

$η = 1 / τ r 1 / τ r + 1 / τ nr = радиационная рекомбинация Общая рекомбинация ≤ 1. {\ displaystyle \ eta = {\ frac {1 / \ tau _ {r}} {1 / \ tau _ {r} + 1 / \ tau _ {nr }}} = {\ frac {радиационная \ рекомбинация} {общая \ рекомбинация}} \ leq 1.}$ ${\ displaystyle \ eta = {\ frac {1 / \ tau _ {r}} {1 / \ tau _ {r} + 1 / \ tau _ {nr}}} = {\ frac {радиационная \ рекомбинация} {всего \ рекомбинация}} \ leq 1.}$

Излучательная рекомбинация

Межзонная излучательная рекомбинация

Межзонная излучательная рекомбинация -зонная рекомбинация - это процесс перехода электронов из зоны проводимости в валентную зону излучательным образом. Во время межзонной рекомбинации, формы спонтанного излучения, энергия, поглощенная материалом, высвобождается в форме фотонов. Обычно эти фотоны содержат такую же или энергию, чем первоначально поглощенные. Этот эффект заключается в том, как светодиоды создают свет. Поскольку фотон несет относительно небольшой импульс, излучательная рекомбинация существенна только в материалах с прямой запрещенной зоной. Этот процесс также известен как бимолекулярная рекомбинация.

Этот тип рекомбинации зависит от плотности электронов и дырок в возбужденном состоянии, обозначаемой $n (t) {\ displaystyle n (t)}$ $n (t)$ и $p (t) {\ displaystyle p (t)}$ $p(t)$ соответственно. Представим скорость генерации носителей как $G {\ displaystyle G}$ $G$ , а радиационную рекомбинацию как $R r {\ displaystyle R_ {r}}$ $R_ {r}$ . Затем, учитывая случай, когда происходит только межполосная рекомбинация, мы можем выразить изменение плотности носителей как функцию времени следующим образом:

$dndt = G - R r = G - B rnp {\ displaystyle {dn \ over dt} = G-R_ {r} = G-B_ {r} np}$ ${\ displaystyle {d n \ over dt} = G-R_ {r} = G-B_ {r} np}$

В тепловом равновесии излучательная рекомбинация $R 0 {\ displaystyle R_ {0}}$ $R_ {0}$ равна тепловой скорость генерации $G 0 {\ displaystyle G_ {0}}$ $G_ {0}$ , с законом действия массы $n 0 p 0 = ni 2 {\ displaystyle n_ {0} p_ {0} = n_ {i} ^ {2}}$ ${\ displaystyle n_ {0} p_ {0} = n_ {i} ^ {2}}$ , это можно записать как:

$R 0 = G 0 = B rn 0 p 0 = B rni 2 {\ displaystyle R_ { 0} = G_ {0} = B_ {r} n_ {0} p_ {0} = B_ {r} n_ {i} ^ {2}}$ ${\ displaystyle R_ {0} = G_ {0} = B_ {r} n_ {0} p_ {0} = B_ {r} n_ {i} ^ { 2}}$

где $B r {\ displaystyle B_ {r} }$ ${\ displaystyle B_ {r}}$ называется скоростью излучательной рекомбинации, $ni {\ displaystyle n_ {i}}$ $n_ {i}$ - собственная плотность носителей, $n 0 {\ displaystyle n_ {0} }$ $n_ {0}$ и $p 0 {\ displaystyle p_ {0}}$ $p_ {0}$ - равновесные плотности носителей. В присутствии электронно-дырочных пар зарядовая нейтральность остается $Δ n = Δ p {\ displaystyle \ Delta n = \ Delta p}$ ${\ displaystyle \ Delta n = \ Delta p}$ , а неравновесные плотности определяются как:

$n = n 0 + Δ n {\ displaystyle n = n_ {0} + \ Delta n}$ ${\ displaystyle n = n_ {0} + \ Delta n}$ , $p = p 0 + Δ p {\ displaystyle p = p_ {0} + \ Delta p}$ ${\ displaystyle p = p_ {0} + \ Delta p}$

Тогда чистая скорость рекомбинации $R r {\ displaystyle R_ {r}}$ $R_ {r}$ становится,

$R r = B rnp - G 0 = B r (np - n 0 p 0) = B r ( np - ni 2) {\ displaystyle R_ {r} = B_ {r} np-G_ {0} = B_ {r} (np-n_ {0} p_ {0}) = B_ {r} (np-n_ { i} ^ {2})}$ ${\ displaystyle R_ {r} = B_ {r} np-G_ {0} = B_ {r} (np-n_ {0} p_ {0}) = B_ {r} (np-n_ {i} ^ {2})}$

Решая это уравнение с учетом зарядовой нейтральности, радиационное время жизни $τ r {\ displaystyle \ tau _ {r}}$ $\ tau _ {r}$ затем определяется как

$τ r = Δ n R r = 1 B r (n 0 + p 0 + Δ n). {\ displaystyle \ tau _ {r} = {\ frac {\ Delta n} {R_ {r}}} = {\ frac {1} {B_ {r} \ left (n_ {0} + p_ {0} + \ Delta n \ right)}} \,.}$ ${\ displaystyle \ tau _ {r} = {\ frac {\ Delta n} {R_ {r}}} = {\ frac {1} {B_ {r} \ left (n_ {0} + p_ {0} + \ Delta n \ right)}} \,.}$

Вынужденное излучение

Вынужденное излучение - это процесс, в котором падающий фотон взаимодействует с возбужденным электроном, заставляя его рекомбинировать и испускать фотон с такими же свойствами падающего с точки зрения фазы, частоты, поляризации и направления движения. Вынужденное излучение вместе с принципом инверсии населенностей лежат в основе работы лазеров и мазеров. Эйнштейн в начале двадцатого века показал, что если возбужденный и основной уровни невырожденные, то скорость поглощения $W 12 {\ displaystyle W_ { 12}}$ ${\ displaystyle W_ {12}}$ и скорость стимулированного излучения $W 21 {\ displaystyle W_ {21}}$ $W _ {{21}}$ одинаковы. Иначе, если уровень 1 и уровень 2 равны $g 1 {\ displaystyle g_ {1}}$ $g_ {1}$ -fold и $g 2 {\ displaystyle g_ {2}}$ $g_ {2}$ - кратно вырождены соответственно, новое соотношение:

$g 1 W 12 = g 2 W 21. {\ displaystyle g_ {1} W_ {12} = g_ {2} W_ {21}.}$ ${\ displaystyle g_ {1} W_ {12} = g_ { 2} W_ {21}.}$

Безызлучательная рекомбинация

Безызлучательная рекомбинация - это процесс в люминофорах и полупроводники, посредством которых носители заряда рекомбинируют с высвобождением фонона вместо фотонов. Безызлучательная рекомбинация в оптоэлектронике и люминофорах - нежелательный процесс, снижающий эффективность генерации света и увеличивающий тепловые потери.

Время жизни без излучения - это среднее время до того, как электрон в зоне проводимости полупроводника рекомбинирует с дыркой.. Это важный параметр в оптоэлектронике, где излучательная рекомбинация требуется для получения фотона ; если время жизни без излучения короче, чем время жизни, носитель с большей вероятностью рекомбинирует без излучения. Это приводит к низкой внутренней квантовой эффективности.

Шокли-Рида-Холла (SRH)

В рекомбинации Шокли-Рида-Холла (SRH), также называемой рекомбинацией с помощью ловушек, электрон в переходе между band проходит через новое энергетическое состояние (локализованное состояние), созданное в запрещенной зоне из-за легирующей примеси или дефекта в кристаллической решетке ; такие энергетические состояния называются ловушками. Безызлучательная рекомбинация происходит главным образом на таких участках. Обмен энергией происходит в форме колебаний решетки, когда фонон обменивается тепловой энергией с материалом.

Поскольку ловушки могут поглощать различия в импульсе между носителями, SRH является доминирующим процессом рекомбинации в кремнии и других материалах с непрямой запрещенной зоной. Однако рекомбинация с помощью ловушек также может доминировать в материалах с прямой запрещенной зоной в условиях очень низкой плотности носителей (очень низкий уровень инжекции) или в материалах с высокой плотностью ловушек, таких как перовскиты. Процесс назван в честь Уильяма Шокли и Роберта Н. Холла, опубликовавших его в 1962 году.

Типы ловушек

Электронные ловушки против... ловушки дырок

Несмотря на то, что все события рекомбинации могут быть описаны в терминах движений электронов, обычно визуализируют различные процессы в терминах возбужденного электрона и электронных дырок, которые они оставляют после себя. В этом контексте, если уровни ловушек близки к зоне проводимости, они могут временно иммобилизовать возбужденные электроны или, другими словами, они являются ловушками для электронов. С другой стороны, если их энергия близка к валентной зоне , они становятся ловушками для дырок.

Мелкие ловушки и глубокие ловушки

Различие между мелкими и глубокими ловушками обычно проводится в зависимости от того, насколько близко электронные ловушки находятся к зоне проводимости и насколько близки ловушки дырок к валентной зоне. Если разница между ловушкой и полосой меньше, чем тепловая энергия k BT, часто говорят, что это мелкая ловушка. В качестве альтернативы, если разница больше, чем тепловая энергия, это называется глубокой ловушкой. Это различие полезно, потому что мелкие ловушки легче опорожнять и, таким образом, часто не так вредны для работы оптоэлектронных устройств.

Модель SRH

Захват электронов и дырок в модели Шокли-Рида-Холла

В модели SRH могут происходить четыре вещи, связанные с уровнями ловушек:

Электрон в зоне проводимости может быть
Электрон может быть выпущен в зону проводимости с уровня ловушки.
Электронная дырка в валентной зоне может быть захвачена ловушкой. Это аналогично заполненной ловушке, высвобождающей электрон в валентную зону.
Захваченная дырка может быть выпущена в валентную зону. Аналогично захвату электрона из валентной зоны.

Когда рекомбинация носителей происходит через ловушки, мы можем заменить валентную плотность состояний плотностью внутрищелевого состояния. Термин $p (n) {\ displaystyle p (n)}$ $p (n)$ заменяется на плотность захваченных электронов / дырок $N t (1 - ft) {\ displaystyle N_ {t} (1-f_ {t})}$ ${\ displaystyle N_ {t} (1- f_ {t})}$ .

$R nt = B nn N t (1 - ft) {\ displaystyle R_ {nt} = B_ {n} nN_ {t} (1-f_ {t})}$ ${\ displaystyle R_ {nt} = B_ {n} nN_ {t } (1-f_ {t})}$

где $N t {\ displaystyle N_ {t}}$ $N_ {t}$ - плотность состояний ловушки, а $ft {\ displaystyle f_ {t}}$ $f_ {t}$ - вероятность этого оккупированного государства. Рассматривая материал, содержащий оба типа ловушек, мы можем определить два коэффициента захвата $B n, B p {\ displaystyle B_ {n}, B_ {p}}$ ${\ displaystyle B_ {n}, B_ {p}}$ и два коэффициента захвата $G n, G p {\ displaystyle G_ {n}, G_ {p}}$ ${\ displaystyle G_ {n}, G_ {p}}$ . В равновесии и захват, и устранение захвата должны быть сбалансированы ( $R nt = G n {\ displaystyle R_ {nt} = G_ {n}}$ ${\ displaystyle R_ {nt} = G_ {n}}$ и $R pt = G p { \ Displaystyle R_ {pt} = G_ {p}}$ ${\ displaystyle R_ {pt} = G_ {p}}$ ). Затем четыре скорости в зависимости от $ft {\ displaystyle f_ {t}}$ $f_ {t}$ становятся:

$R nt = B nn N t (1 - ft) G n = B nnt N tft R pt = B pp N tft G p = B ppt N t (1 - ft) {\ textstyle {\ begin {array} {ll} R_ {nt} = B_ {n} nN_ {t} (1-f_ { t}) G_ {n} = B_ {n} n_ {t} N_ {t} f_ {t} \\ R_ {pt} = B_ {p} pN_ {t} f_ {t} G_ {p} = B_ { p} p_ {t} N_ {t} (1-f_ {t}) \ end {array}}}$ ${\ textstyle {\ begin {array} {ll} R_ {nt} = B_ {n} nN_ { t} (1-f_ {t}) G_ {n} = B_ {n} n_ {t} N_ {t} f_ {t} \\ R_ {pt} = B_ {p} pN_ {t} f_ {t} G_ {p} = B_ {p} p_ {t} N_ {t} (1-f_ {t}) \ end {array}}}$

Где $nt {\ displaystyle n_ {t}}$ ${\ displaystyle n_ {t}}$ и $pt {\ displaystyle p_ {t}}$ ${\ displaystyle p_ {t}}$ - плотности электронов и дырок, когда квазиуровень Ферми совпадает с энергией ловушки.

В установившемся состоянии чистая скорость захвата электронов должна соответствовать чистой скорости рекомбинации дырок, другими словами: $R nt - G n = R pt - G p {\ displaystyle R_ { nt} -G_ {n} = R_ {pt} -G_ {p}}$ ${\ displaystyle R_ {nt} -G_ {n} = R_ {pt} -G_ {p}}$ . Это исключает вероятность занятия $ft {\ displaystyle f_ {t}}$ $f_ {t}$ и приводит к выражению Шокли-Рида-Холла для рекомбинации с помощью ловушек:

$R = np τ n (p + pt) + τ п (n + nt) {\ displaystyle R = {\ frac {np} {\ tau _ {n} (p + p_ {t}) + \ tau _ {p} (n + n_ {t })}}}$ ${\ displaystyle R = {\ frac {np} {\ tau _ {n} (p + p_ {t}) + \ tau _ {p} (n + n_ {t})}}}$

Где среднее время жизни электронов и дырок определяется как:

$τ n = 1 B n N t, τ p = 1 B p N t. {\ displaystyle \ tau _ {n} = {\ frac {1} {B_ {n} N_ {t}}}, \ quad \ tau _ {p} = {\ frac {1} {B_ {p} N_ { t}}}.}$ ${\ displaystyle \ tau _ {n} = {\ frac {1} {B_ {n} N_ {t}}}, \ quad \ tau _ {p} = {\ frac {1 } {B_ {p} N_ {t}}}.}$

Оже-рекомбинация

При Оже-рекомбинации энергия передается третьему носителю, который возбуждается на более высокий энергетический уровень без перехода в другую энергетическую зону. После взаимодействия третий носитель обычно теряет избыточную энергию на тепловые колебания. Поскольку этот процесс представляет собой трехчастичное взаимодействие, он обычно имеет значение только в неравновесных условиях, когда плотность носителей очень высока. Процесс эффекта Оже нелегко получить, потому что третья частица должна начать процесс в нестабильном высокоэнергетическом состоянии.

В тепловом равновесии рекомбинация Оже $RA {\ displaystyle R_ {A}}$ $R_ {A}$ и скорость теплового образования $G 0 {\ displaystyle G_ {0}}$ $G_ {0}$ равны друг другу

$RA 0 = G 0 = C nn 0 2 p 0 + C pn 0 p 0 2 {\ displaystyle R_ {A0} = G_ {0} = C_ {n} n_ {0} ^ {2} p_ {0} + C_ {p} n_ {0} p_ {0} ^ {2}}$ ${\ displaystyle R_ {A0} = G_ {0} = C_ {n} n_ {0} ^ {2} p_ {0} + C_ {p} n_ {0} p_ {0} ^ {2}}$

где $C n, C p {\ displaystyle C_ {n}, C_ {p}}$ ${\ displaystyle C_ {n}, C_ {p}}$ - вероятности оже-захвата. Скорость неравновесной оже-рекомбинации $r A {\ displaystyle r_ {A}}$ ${\ displaystyle r_ {A}}$ и результирующая чистая скорость рекомбинации $UA {\ displaystyle U_ {A}}$ $U_ {A}$ ниже установившиеся условия:

$r A = C nn 2 p + C pnp 2, RA = r A - G 0 = C n (n 2 p - n 0 2 p 0) + C p (np 2 - n 0 р 0 2). {\ Displaystyle r_ {A} = C_ {n} n ^ {2} p + C_ {p} np ^ {2} \,, \ quad R_ {A} = r_ {A} -G_ {0} = C_ { n} \ left (n ^ {2} p-n_ {0} ^ {2} p_ {0} \ right) + C_ {p} \ left (np ^ {2} -n_ {0} p_ {0} ^ {2} \ right) \,.}$ ${\ displaystyle r_ {A} = C_ {n} n ^ {2} p + C_ {p} np ^ {2} \,, \ quad R_ {A} = r_ {A } -G_ {0} = C_ {n} \ left (n ^ {2} p-n_ {0} ^ {2} p_ {0} \ right) + C_ {p} \ left (np ^ {2} - n_ {0} p_ {0} ^ {2} \ right) \,.}$

Время жизни Оже $τ A {\ displaystyle \ tau _ {A}}$ $\ ta u _ {A}$ определяется как

$τ A = Δ n RA = 1 n 2 C n + 2 ni 2 (C n + C p) + p 2 C p. {\ displaystyle \ tau _ {A} = {\ frac {\ Delta n} {R_ {A}}} = {\ frac {1} {n ^ {2} C_ {n} + 2n_ {i} ^ {2 } (C_ {n} + C_ {p}) + p ^ {2} C_ {p}}} \,.}$ ${\ displaystyle \ tau _ {A} = {\ frac {\ Delta n} {R_ {A}}} = {\ frac {1} {n ^ {2} C_ {n} + 2n_ {i} ^ {2} (C_ {n} + C_ {p}) + p ^ {2} C_ {p}}} \,.}$

Механизм, вызывающий падение эффективности светодиода, был идентифицирован в 2007 году как рекомбинация Оже, что вызвало неоднозначную реакцию. В 2013 году экспериментальное исследование заявило, что идентифицировало рекомбинацию Оже как причину падения эффективности. Однако остается спорным вопрос о том, достаточна ли сумма потерь Оже, обнаруженная в этом исследовании, для объяснения спада. Другим часто цитируемым свидетельством против Оже как основного механизма, вызывающего спад, является низкотемпературная зависимость этого механизма, противоположная той, что была обнаружена для капли.

Поверхностная рекомбинация

Рекомбинация с помощью ловушек на поверхности полупроводника называется поверхностной рекомбинацией. Это происходит, когда ловушки на поверхности или на границе раздела полупроводников или вблизи них образуются из-за оборванных связей, вызванных внезапным разрывом кристалла полупроводника. Поверхностная рекомбинация характеризуется скоростью поверхностной рекомбинации, которая зависит от плотности поверхностных дефектов. В таких приложениях, как солнечные элементы, поверхностная рекомбинация может быть доминирующим механизмом рекомбинации из-за сбора и извлечения свободных носителей на поверхности. В некоторых применениях солнечных элементов для минимизации поверхностной рекомбинации используется слой прозрачного материала с большой шириной запрещенной зоны, также известный как оконный слой. Методы пассивации также используются для минимизации поверхностной рекомбинации.

Ланжевеновская рекомбинация

Для свободных носителей в системах с низкой подвижностью скорость рекомбинации часто описывается с помощью Скорость рекомбинации Ланжевена . Модель часто используется для неупорядоченных систем, таких как органические материалы (и, следовательно, актуальна для органических солнечных элементов ) и других подобных систем. Сила рекомбинации Ланжевена определяется как $γ = q ε μ {\ displaystyle \ gamma = {\ tfrac {q} {\ varepsilon}} \ mu}$ ${\ displaystyle \ gamma = {\ tfrac {q} {\ varepsilon}} \ mu}$ .

Литература

Дополнительная литература

NW Эшкрофт и Н.Д. Мермин, Физика твердого тела, Брукс Коул, 1976