10.4 : Yarı İletkenlerin Temelleri

Taşıyıcı üretimi, yarı iletken içinde elektron-delik çiftlerinin oluşturulduğu süreçtir. Galyum arsenit (GaAs) gibi doğrudan bant aralıklı yarı iletkenlerde bu, enerji emilimi değerlik elektronlarının iletim bandına sıçramasına ve geride delikler bırakmasına neden olduğunda verimli bir şekilde gerçekleşir.

Bu süreç G üretim hızı ile verilir ve değerlik bandı maksimumu ile iletim bandı minimumu arasındaki momentumun korunması nedeniyle etkilidir.

Dolaylı üretim bir ara adımı içerir ve silikon (Si) gibi dolaylı bant aralıklı yarı iletkenlerde tipiktir. Dolaylı bant aralıklı yarı iletkenler, fononlardan ek momentum gerektirir, bu da taşıyıcı üretimini daha az verimli hale getirir. Burgu üretimi ve darbeli iyonizasyon, güçlü elektrik alanları gibi yüksek enerjili ortamlarda birden fazla elektron-delik çifti üretir.

Rekombinasyon, serbest yük taşıyıcılarının sayısını azaltan işlemdir. Doğrudan banttan banda rekombinasyon, elektronların ve deliklerin ara durumlar olmadan doğrudan yeniden birleştiği Galyum Arsenit gibi yarı iletkenlerde meydana gelir.

Elektronların çoğunluk taşıyıcıları olduğu n tipi bir yarı iletken için rekombinasyon oranı şu şekilde verilir:

Burada B rekombinasyon katsayısıdır ve n ve p sırasıyla elektron ve deliklerin konsantrasyonlarıdır. Dolaylı rekombinasyon tuzakları içerir: bant aralığı içindeki lokalize enerji durumları. Taşıyıcılar geçici olarak bu durumlar tarafından yakalanır ve daha sonra yeniden birleşerek enerjiyi ısı olarak açığa çıkarırlar; bu, ışınımsız bir süreçtir.

Üretim ve rekombinasyon arasındaki denge şu şekilde tanımlanır:

Denge dışı koşullarda, fazla miktardaki taşıyıcılar, dengeyi yeniden sağlamaya yönelik bir net rekombinasyon hızına (U) neden olur. Azınlık taşıyıcı konsantrasyonunun (Δp) çoğunluk taşıyıcı konsantrasyonundan önemli ölçüde düşük olduğu düşük seviyeli enjeksiyonda oran şöyledir:

Taşıyıcı üretimi ve rekombinasyon oranları termal dengede dengelenir. Ancak ışık veya elektrik alanları gibi dış kuvvetler bu dengeyi bozduğunda yarı iletken dengesizlik durumuna girer. Dengeye dönmenin dinamikleri, bu oluşum ve rekombinasyon mekanizmaları arasındaki karmaşık etkileşimleri içerir.