Роль нерівноважних носіїв заряду в лінійних явищах переносу в обмежених напівпровідниках - Автореферат

Національна Академія Наук України Науково-технологічний концерн “Інститут монокристалів”Робота виконана в Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, м. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Бойко Борис Тимофійович, Національний технічний університет “ХПІ”, зав. кафедри фізичного матеріалознавства для електроніки і геліоенергетики. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Агєєв Леонід Опанасович, Харківський національний університет ім. Каразіна, професор кафедри фізичної оптики. доктор фізико-математичних наук, професор Кошкін Володимир Мойсейович, Національний технічний університет “ХПІ”, зав. кафедри фізичної хімії. Захист відбудеться 20.11.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.169.01 при Інституті монокристалів НТК “Інститут монокристалів” НАН України (61001, м.Явища переносу заряду і енергії, як відомо, лежать в основі багатьох технічних застосувань напівпровідників. Однак детальний аналіз існуючої лінійної теорії демонструє, що вона має обмежену область застосування, оскільки в цій теорії вважається, що поява нерівноважних носіїв заряду та потоків під впливом зовнішніх сил відбувається тільки за рахунок перерозподілу носіїв заряду по станах у просторі квазіімпульсів. При цьому не враховується можливість появи нерівноважних носіїв за рахунок їхнього перерозподілу в координатному просторі при виникненні потоків заряду та енергії в напівпровіднику. Результати, отримані за допомогою такого підходу, наприклад, формули для опору, термоерс, та ін. біполярного напівпровідника, та напівпровідника р-типу, як буде показано далі, можуть виявитися некоректними, або матимуть обмежену область застосування, яку принаймні треба окреслити. Предметом дослідження є лінійні явища переносу в напівпровідниках з урахуванням нерівноважних носіїв заряду, які виникають при протіканні струму через обмежений напівпровідник і не були враховані в існуючій теорії лінійних явищ переносу.У першому розділі описані загальні положення теорії кінетичних явищ у напівпровідниках i наведені основні рівняння, які застосовуються для опису цих явищ. Зокрема, в рамках існуючої теорії лінійних явищ переносу не можна врахувати нерівноважні носії, що можуть зявлятися при протіканні струму через напівпровідник за рахунок зміни локальної концентрації носіїв у кожній точці вже в лінійному наближенні. На підставі проведеного аналізу можна зробити висновок, що для побудови теорії лінійних явищ переносу, яка б враховувала нерівноважні носії i не містила зазначені протиріччя, необхідно використовувати більш загальні рівняння, ніж закон Ома для парціальних струмів, якими описуються процеси переносу в напівпровідниках. Показано, що співвідношення для рекомбінації, які були отримані згідно припущення про виконання умов квазінейтральності або умови монополярності напівпровідника (n0 << p0 або p0 << n0), що визначають швидкість рекомбінації тільки через концентрацію неосновних носіїв, почали потім використовуватися як загальні i для випадку біполярного напівпровідника. У результаті найбільш загальне співвідношення для рекомбінації в лінійному наближенні має вигляд: , де T0 - температура в рівновазі (рівень відліку температури), T(x) - температура кристалічної гратки, Te - температура гарячих носіїв, , ni - концентрація носіїв у власному напівпровіднику, t-1 = tn-1 tp-1 - час життя в умовах квазінейтральності, (tn,p - коефіцієнти, які мають розмірність часу, але не мають сенсу часів життя, b - коефіцієнт, який залежить від концентрації носіїв, температури кристалічної гратки та ймовірності захоплення носіїв домішковим рівнем (або темпу міжзонної рекомбінації).Побудовано теорію лінійних явищ переносу в біполярних напівпровідниках та напівпровідниках р-типу, що враховує виникнення i рекомбінацію нерівноважних носіїв заряду. В загальному випадку показано, що неможливо описати протікання струму в електричному колі метал - дірковий напівпровідник - метал, як для лінійних так і нелінійних явищ переносу, за допомогою лише одного типу носіїв заряду. Показано, що рівноважна контактна різниця потенціалів всередині тонкої напівпровідникової плівки, яка знаходиться між двома металами, буде меншою, ніж різниця робіт виходу напівпровідника i металу. Показано, що опір i термоерс біполярного напівпровідника залежать не тільки від провідностей i коефіцієнтів диференціальної термоерс, але i від швидкостей обємної рекомбінації i рекомбінації на контакті нерівноважних носіїв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ