10.4 : יסודות מוליכים למחצה

יצירת נושאי מטען הוא התהליך שבו נוצרים צמדי אלקטרונים-חור (EHPs) בתוך המוליך למחצה. במוליכים למחצה בעלי פס ישיר, כגון גליום ארסניד (GaAs), זה מתרחש ביעילות כאשר ספיגת אנרגיה מזמינה אלקטרונים ערכיים לזנק לתוך פס ההולכה, ומשאירים מאחוריהם חורים.

תהליך זה ניתן על ידי קצב היצור G והוא יעיל בשל שימור המומנטום בין פס הערכיות המקסימלי לפס ההולכה המינימלי.

יצירה עקיפה כוללת שלב ביניים והוא אופייני במוליכים למחצה עקיפים עם פערי פס כמו סיליקון (Si). מוליכים למחצה בפער פס עקיף דורשים מומנטום נוסף מפונונים, מה שהופך את יצירת נושאי מטען לפחות יעילה. ייצור יצירת אווגר ויינון השפעה מייצרים EHPs מרובים בסביבות עתירות אנרגיה, כגון שדות חשמליים חזקים.

רקומבינציה היא התהליך שמפחית את מספר נושאי מטען חופשיים. רקומבינציה ישירה של פס-לפס מתרחשת במוליכים למחצה כמו גליום ארסניד, כאשר אלקטרונים וחורים מתחברים ישירות ללא מצבי ביניים.

קצב הרקומבינציה עבור מוליך למחצה מסוג n, שבו האלקטרונים הם רוב הנשאים, ניתן על ידי:

כאשר B הוא מקדם הרקומבינציה, ו-n ו-p, הם ריכוזי האלקטרונים והחורים, בהתאמה. רקומבינציה עקיפה כרוכה במלכודות: מצבי אנרגיה מקומיים בתוך פער האנרגיה. נשאים נתפסים באופן זמני על ידי מצבים אלה ואז מתחברים מחדש, משחררים אנרגיה כחום, תהליך לא קרינתי.

שיווי המשקל בין דור לרקומבינציה מתואר על ידי:

בתנאים שאינם שיווי משקל, עודף נשאים גורם לקצב רקומבינציה נטו U, אשר נוטה לכיוון החזרת שיווי המשקל. בהזרקה ברמה נמוכה, שבה ריכוז נשא המיעוט (Δp) נמוך משמעותית מריכוז נשא הרוב, השיעור הוא:

יצירת נושאי מטען ושיעורי רקומבינציה מאוזנים בשיווי משקל תרמי. עם זאת, כאשר כוחות חיצוניים כגון אור או שדות חשמליים מפריעים לשיווי משקל זה, המוליך למחצה נכנס למצב שאינו שיווי משקל. הדינמיקה של החזרה לשיווי משקל כרוכה באינטראקציות מורכבות בין מנגנוני היצירה והרקומבינציה הללו.