Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Люминесценция может быть вызвана светом (фотолюминесценция) плп электрич. током (электролюминесценция). На явлении электролюминесценции основана работа большинства полупроводниковых излучателей света (см. Светоизлучающий диод. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках).
За счёт неравновесных носителей в П. может возникать инверсия населённостей, когда чке-ло электронов на более высоких уровнях энергик больше, чем на нкзких. В таккх условиях нзлученке света превышает его поглощение, т. е. происходит усиление света. Усиление происходит лишь в т. н. активной области П. В остальных местах инверсия населённостей отсутствует н преобладает поглощение света. Бел к усиление света в аитивной области столь велиио, что оно компенсирует и потерн в пассивной области и выход световой энергии вовне, то возникает генерация света. 6 полупроводниковых лазерах инверсия населённостей обычно достигается инженцней неравновесных носителей через коктакты (см. Инжекционньш лазер, Гетеролазер).
При безызлучат, рекомбинации выделяемая энергия в конечном счёте отдаётся решётке. Мехавнзмы бе-змвлучат. рекомбинации разнообразны. При небольших концентрациях носителей осн. механизмом является рекомбинация через промежуточное состояние в запрещённой зоие, образованное пркмесью или дефектом решётки. Прямесь захватывает скачала носитель одного знака (напр., электрон), а затем второго авака (дырку). В результате электрон и дырка исчезают, а примесь илк дефект возвращается в исходное царадовое состояние. Аналогичным механизмом является поверхностная рекомбинация, к-рая происходит ирй участии поверхностных состояний. При больших концентрациях носителей важную роль играет т. н. оже-рекомбинация, когда энергия передаётся 3-му носителю. Оже-рекомбинация обусловлена взаимодействием электронов. При конструировакни светодиодов и лазеров безызлучат. рекомбинация нежелательна и её стараются по возможности уменьшить.
Полупроводниковые структуры. Простейшей полупроводниковой структурой является р — п-переход. Его получают, легируя образец так, чтобы в одкой его Части преобладали донорные, в другой — акцепторные прамеси. Оск. свойство р — гс-перехода состоит в том, что абс. величина тока /, к-рый течёт через кего, сильно зависит от полярности приложенного напряжения U (рис. 9). Еслн переход включён в прямом направлении,
рве. 9. Вольт-амперная характеристика р — п-перехода.
то электроны и дырки движутся по направлению к границе областей и рекомбинируют вблизи неё. Этот механизм обеспечивает относительно большой ток. Если переход включён в обратном направлении, то носители движутся от границы. В этом случае ток течёт лишь за счёт генерации электрокно-дырочных пар вблизи границы к оказывается по величине значительно меньшим, чем ток в прямом направлении. Т. о., р — «-переход может работать как выпрямитель. На основе р — «-переходов делают также солнечные батареи, светодкоды, лазеры п др. приборы (см. Диоды твердотельные). Два р — n-перехода, включённые навстречу Друг другу, образуют транзистор.
Для нужд полупроводниковой электроники изготовляют т. н. pin-диоды, в к-рых р- и п-областн разделены областью с собств. проводимостью (і), а также перио-двч. структуры, состоящие из большого кол-ва п р- к it-областей (р — п — р и др.). Все перечисленные выше структуры получаются путём легирования донорами
н акцепторами к.-л. одного материала (см. Легирование полупроводников). Гетероструктуры и гетеропереходы, представляющие собой контаит разных полупроводниковых материалов, применяются прн создании полупроводниковых лазеров и др. полупроводниковых приборов.
Метод молекулярной эпитаксии позволяет создать сверхструктуры, представляющие собой периодич. чередование П. с разными Jg (рис. 10). При этом в зоне проводимости п в валентной зоне возкинают периодически расположенные потенц. ямы и барьеры, размеры к-рых могут быть порядка неск. межатомных расстояний. В результате в зоне проводимости и в валентной зоне появляются т. н. мини-зоны, раз-
У/////Ш ш V/S/S/S/A
t
г H
жш WM УШ шшш ’шт?.
Рис. 10. Энергетическая схема сверхструктуры (мини-зоны заштрихованы).
делённые запрещёнными интервалами энергии. Благодаря этому сверхструктуры обладают свойствами, нашедшими применение в твердотельной электронике.
Поверхность полупроводника. Под поверхностью П. понимают кеск. атомных слоёв вблизи границы П. Она обладает свойствами, отличающимися от объёмных. Наличие поверхности нарушает траисляц. симметрию кристалла к приводит к поверхностным состояниям для электронов, а также к особым эл.-магн. волкам (поверхностные поляритоны), колебат. и спиновым волнам. Благодаря своей хим. активностк поверхность, как правило, покрыта макроскопич. слоем по-сторонних атомов нли молекул, адсорбируемых из окружающей среды. Эти атомы и определяют физ. свойства поверхности, маскируя состояния, присущке чистой поверхности. Развитие техники сверхвысокого вакуума позволило получать и сохранять в течение кеск. часов атомарно чистую поверхность.. Исследования чистой поверхности методом дифракции медленных электронов показали, что кристаллографкч. плоскости могут смещаться как целое в направлении, перпендикулярном к поверхности. В зависимости от ориентации поверхности по отношению к крнсталло-графич. осям это смещение может быть направлено внутрь П. илк наружу. Кроме того, атомы пркповерх-KOCl ного слоя изменяют ноложекпе равиовесня в плоскости, перпендикулярной поверхности, по сравнению с иа положеннями в такой же плоскости, находящейся далько от поверхкости (реконструкция поверхности). При этом возиинают упорядоченные двумерные структуры с симметрией ниже объёмной или не полностью упорядоченные структуры. Первые являются термодинамически равновесным», п их симметрия зависит от ориентацкк поверхности. Прн изменении темп-ры могут происходить фазовые переходы, прн к-рых симметрия структур изменяется (см. Поверхность).
