캐리어 생성 및 재조합

반도체 고체물리학에서 캐리어 생성과 캐리어 재결합은 이동전하 캐리어(전자 및 전자공)를 만들어 제거하는 과정이다.캐리어 생성 및 재결합 프로세스는 광다이오드, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드와 같은 많은 광전자 반도체 장치의 작동에 기본적입니다.또한 양극 접합 트랜지스터 및 p-n 접합 다이오드와 같은 p-n 접합 장치의 전체 분석에 매우 중요합니다.

전자-공 쌍은 무기 반도체의 생성 및 재조합의 기본 단위이며, 원자가 밴드와 전도 밴드 사이의 전자 전이이며, 여기서 전자의 생성은 원자가 밴드에서 전도 밴드로의 전이이며 재조합은 역전이로 이어진다.

개요

반도체 재료의 전자 밴드 구조.

다른 고체와 마찬가지로 반도체 재료는 재료의 결정 특성에 의해 결정되는 전자 밴드 구조를 가진다.전자 간의 에너지 분포는 전자의 페르미 수준과 온도에 의해 설명됩니다.절대 영점 온도에서는 모든 전자가 페르미 레벨보다 낮은 에너지를 가집니다. 그러나 0이 아닌 온도에서는 에너지 레벨은 페르미-디락 분포를 따라 채워집니다.

비도프 반도체에서 페르미 레벨은 원자가 밴드와 전도 밴드라고 불리는 두 개의 허용된 밴드 사이의 금지된 밴드 또는 밴드 갭의 중간에 있습니다.금지된 밴드 바로 아래에 있는 밸런스 밴드는 보통 거의 완전히 점유되어 있습니다.페르미 수준 이상의 전도 대역은 일반적으로 거의 완전히 비어 있습니다.원자가 대역이 거의 꽉 찼기 때문에 전자는 이동하지 않고 전류로 흐를 수 없습니다.

그러나 원자가 대역의 전자가 전도 대역에 도달하기에 충분한 에너지를 획득하면(다른 전자, 구멍, 광자 또는 진동 결정 격자와의 상호작용의 결과), 거의 비어 있는 전도 대역 에너지 상태 사이에서 자유롭게 흐를 수 있습니다.또한 물리적인 하전 입자와 똑같이 전류로 흐를 수 있는 구멍을 남깁니다.

캐리어 생성은 전자가 에너지를 얻고 원자가 대역에서 전도 대역으로 이동하여 두 개의 이동 캐리어를 생성하는 과정을 기술하는 반면, 재결합은 전도 대역 전자가 에너지를 잃고 원자가 대역에서 전자 구멍의 에너지 상태를 다시 점유하는 과정을 기술합니다.

이러한 과정은 양자화된 에너지와 결정 운동량을 모두 보존해야 하며, 충돌 시 광자는 에너지와 관련하여 운동량을 거의 전달할 수 없기 때문에 진동 격자는 운동량을 보존하는 데 큰 역할을 합니다.

생성과 재조합의 관계

다음 이미지는 고유 반도체 바의 중심에서 광강도(생성 속도/cm³)가 증가하여 생성되는 초과 캐리어의 변화(녹색:전자 및 보라색:구멍)를 보여줍니다.전자는 구멍보다 확산 정수가 높아 구멍에 비해 중심에서 여분의 전자가 적어집니다.

재결합과 생성은 항상 반도체에서 광학적으로나 열적으로나 일어난다.열역학에서 예측한 바와 같이, 열평형 상태의 물질은 생성 및 재조합 속도가 균형을 이루므로 순 전하 운반체 밀도가 일정하게 유지됩니다.각 에너지 대역에서 에너지 상태를 점유할 확률은 페르미-디락 통계로 주어진다.

전자 및 정공 밀도( n{ $displaystyle$ n $}$ 및 $n$ $p$ {\ $displaystyle$ $(n_{o}p_{o}=n_{i}^{2})$ p $p$ )의 $(n_o p_o=n_i^2)$ 곱은 평형 상태에서 일정 $(n_{o}p_{o}=n_{i}^{2})$ $n o p o = n i 2)이며,$ 재결합 및 생성에 의해 동일한 속도로 유지된다.캐리어 잉여( $np>n_{i}^{2}$ n $np>n_{i}^{2}$ > n $np>n_{i}^{2}$ 2 (\ $displaystyle np> n_{i$ }^{2 $}))$ 가 있는 경우, 재결합 속도는 생성 속도보다 커지며, 시스템은 평형 상태로 돌아갑니다.마찬가지로 캐리어가 부족할 경우( $즉$ $np<n_{i}^{2}$ $np<n_{i}^{2}$ < $np<n_{i}^{2}$ n i $np<n_{i}^{2}$ \ $displaystyle$ np < $n_{i }^{2})$ 생성 속도가 재결합 속도보다 커지며 시스템이 다시 ^[1]평형 상태로 돌아갑니다.전자가 한 에너지 밴드에서 다른 에너지 밴드로 이동할 때, 전자가 잃거나 얻은 에너지와 운동량은 이 과정에 관여하는 다른 입자(예: 광자, 전자 또는 진동 격자 원자의 시스템)로 이동하거나 이동해야 합니다.

캐리어 생성

빛은 물질과 상호작용할 때 흡수되거나(자유 캐리어 쌍 또는 들뜸 생성) 재조합 현상을 자극할 수 있다.생성된 광자는 사건에 책임이 있는 광자와 유사한 특성을 가진다.흡수는 광다이오드, 태양전지 및 기타 반도체 광검출기에서 활성 과정이며, 자극 방출은 레이저 다이오드의 작동 원리입니다.

반도체 내의 캐리어는 광 들뜸 외에 외부 전계(예를 들어 발광 다이오드나 트랜지스터)에 의해서도 발생할 수 있다.

충분한 에너지를 가진 빛이 반도체에 닿으면 밴드 갭을 가로질러 전자를 자극할 수 있다.이로 인해 추가 전하 캐리어가 생성되어 재료의 전기 저항이 일시적으로 낮아집니다.빛이 있을 때 이 높은 전도율을 광전도율이라고 합니다.이 빛의 전기로의 전환은 포토다이오드에 널리 사용된다.

재결합 메커니즘

반송파 재조합은 여러 완화 채널을 통해 발생할 수 있습니다.주요 재조합은 밴드 투 밴드 재조합, 쇼클리-리드-홀(SRH) 트랩 지원 재조합, 오거 재조합 및 표면 재조합이다.이러한 붕괴 채널은 방사선과 비방사선으로 분리될 수 있다.후자는 평균 수명 $\tau _{nr}$ $\tau _{nr}$ r $\tau _{nr}$ {\ $displaystyle$ \ $tau _$ {nr $\tau _{nr}$ 후 과도한 에너지가 포논 방출에 의해 열로 변환될 때 발생하는 반면, 전자의 경우 에너지의 적어도 일부가 복사 수명 $\tau _{r}$ r $\tau _{r}$ {\ $displaystyle \tau$ _ ${r$ 후 발광에 의해 방출된다.다음으로 캐리어 라이프 타임 ${\(\displaystyle\tau)$ 은 $\tau$ 두 유형의 이벤트 레이트에서 다음과 ^[2]같이 구합니다.

({displaystyle {\frac {1}{\frac}}=frac {1}{r}+{\frac {1}{\frac}}{{frac}})

여기서 내부 양자 효율 또는 양자 수율 $\eta$ (\ $displaystyle \eta)$ 을 $\eta$ 다음과 같이 정의할 수도 있습니다.

\eta = total frac { 1/\flac _ {r} + 1/\flac _ { flac } = text { total redembration } } \leq 1.

방사 재조합

대역간 복사 재조합

밴드 대 밴드 재조합은 전자가 복사 방식으로 전도 대역에서 원자가 대역으로 뛰어내리는 과정의 이름입니다.자발적 방출의 일종인 밴드 대 밴드 재결합 중에 물질에 의해 흡수된 에너지는 광자의 형태로 방출된다.일반적으로 이러한 광자는 처음에 흡수된 광자와 같거나 적은 에너지를 포함한다.이 효과는 LED가 빛을 내는 방법입니다.광자는 상대적으로 운동량이 적기 때문에 직접 밴드갭 물질에서만 복사 재조합이 중요하다.이 과정은 쌍분자 재조합이라고도^[3] 합니다.

이 재조합 유형은 들뜬 상태의 전자 밀도와 구멍 밀도에 따라 달라지며, 각각 n $n(t)$ $)$ { $displaystyle$ n $(t)}$ $p(t)$ p $p(t)$ $)$ { $displaystyle$ p $(t)}$ 로 $p(t)$ $n(t)$ 됩니다.방사성 재조합을 $R_{r}$ r $R_{r}$ \ $displaystyle R_{r}$ 로 $R_{r}$ $R_{r}$ 하고 캐리어 발생률을 G 로 표현한다.

총 생성은 열 생성₀ G와 반도체_L G를 비추는 빛에 의한 생성의 합계입니다.

G=G_{0}+G_{L}

여기에서는, 반도체상에 조명이 없는 경우를 검토한다. $G_{L}=0$ G L $G_{L}=0$ { $style G$ _ { L } $= 0$ 、 $G=G_{0}$ $G=G_{0}$ { $display style$ G = $G$ _ { $0$ } 、 캐리어 밀도의 변화를 다음과 같이 시간의 함수로 표현할 수 있다.

{dn \over dt}=G-R_{r}=G_{0}-R_{r}

재조합 속도는 자유 전자의 농도와 이용 가능한 구멍의 농도에 의해 영향을 받기 때문에 R은_r np에 비례해야 합니다.

R_{r}\propto np

그리고 비례_r 상수 B를 추가하여

"\displaystyle\propto"

기호를

\propto

제거합니다.

R_{r}=B_{r}np

반도체가 열평형 상태일 경우 전자와 정공이 재결합하는 속도는 전자가 원자가대에서 전도대로의 자발적 천이에 의해 발생하는 속도에 의해 균형을 이루어야 한다. $R_{0}$ $R_{0}$ 0 $(\$ 은 $R_{0}$ 열발생속도 $G_{0}$ 0(\ $displaystyle G_{0$ ^[4]에 의해 정확하게 균형을 이루어야 합니다.

그 때문에,

R_{0}=G_{0}=B_{r}n_{0}p_{0

n_{0}

서 n 0

(\

p_{0}

p_{0}

0(\

displaystyle p_{0})

은

p_{0}

평형 캐리어 밀도입니다.

n_{i}

작용

np=n_{i}^{2}

np=n_{i}^{2}

p

np=n_{i}^{2}

np=n_{i}^{2}

np=n_{i}^{2}

i 2 { {

displaystyle np

=

n_{i}^

2}

{\

n_{i}

{

displaystyle

n_

{

i

n_{i}

} ，

np=n_{i}^{2}

{\ ni {

displaystyle

n_

{i

}} ，，，，，， density density density density density density density density density density density density density density

R_{0}=G_{0}=B_{r}n_{0}p_{0}=B_{r}n_{i}^2

비균형 캐리어 밀도는 다음과 같습니다.

n=n_{0}+\Delta n,

p=p_{0}+\Delta p

그 후 새로운 $R_{\text{net}}$ $R_{\text{net}}$ net(\ $displaystyle R_{\text{$ net}})^[4]^[5]은 $R_{\text{net}}$

{\text{net}}=R_{r}-G_{0}=B_{r}np-G_{0}=B_{r}(n_{0}+\Delta n)(p_{0}+\Delta p)-G_{0}}

$\Delta n\Delta p\approx 0$ 0 $n_{0}\gg \Delta n$ $n_{0}\gg \Delta n$ \ $display$ style $n$ _ { $0$ } \ $gg$ \ $Delta$ n $n_{0}\gg \Delta n$ $\Delta n\Delta p\approx 0$ } $p_{0}\gg \Delta p$ p 0 $p_{0}\gg \Delta p$ $\Delta n\Delta p\approx 0$ 、 n \ $display$ $style$ $\Delta n\Delta p\approx 0$ p _ { $0$ $\Delta n\Delta p\approx 0$ }\ $g$ $p_{0}\gg \Delta p$ \ $Delta$ $p_{0}\gg \Delta p$ p $\Delta n\Delta p\approx 0$ 이라고 $\Delta n\Delta p\approx 0$ 수 있습니다.

$\displaystyle R_{\text{net}=B_{r}(n_{0}+\Delta n)(p_{0}+\Delta pn_{0})-G_{0}=B_{r}(n_{0}+\Delta np_{0})-{R}-{n}-$

$({displaystyle R_{\text{net}}=B_{r}(n_{i}^2}+\Delta np_{0}+\Delta pn_{0}-n_{i}^2})$ $(\displaystyle R_{\text{net}}=B_{r}(\Delta np_{0}+\Delta pn_{0})})$

n형 반도체는 $p_{0}\ll n_{0}$ 0 $p_{0}\ll n_{0}$ n $p_{0}\ll n_{0}$ \ $displaystyle p_{0}$ \ $ll$ n_{ $0}$ 및 $\Delta p\ll n_{0}$ p $\Delta p\ll n_{0}$ n $\Delta p\ll n_{0}$ 0 \ $displaystyle$ \ $Delta$ p\ $ll$ n_ ${0$ $}$ 이므로 $\Delta p\ll n_{0}$ $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ B $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ 0 \ $displaystyle R_{ net$ } $Pn$ { 0 \ $delta$ } Pn { 0 $R_{net}\approx B_{r}\Delta pn_{0}$ } Pn {0} 입니다.

순재조합은 여분의 구멍 $\displaystyle\Delta$ p가 $\Delta p$ 사라지는 속도입니다.

$(\displaystyle {d\Delta p}{dt}}=-R_{\text{net}\about -B_{r}\Delta pn_{0})$

이 미분 방정식을 풀어 표준 지수 붕괴를 구하십시오.

$\displaystyle \Delta p=p_{\max}e^{-B_{r}n_{0}t}$

여기서_max p는 t = 0일 때의 최대 초과 홀 농도입니다( $p_{\max }={\frac {G_{L}}{Bn_{0}}}$ max $p_{\max }={\frac {G_{L}}{Bn_{0}}}$ $p_{\max }={\frac {G_{L}}{Bn_{0}}}$ $p_{\max }={\frac {G_{L}}{Bn_{0}}}$ B $p_{\max }={\frac {G_{L}}{Bn_{0}}}$ $(\$ } = $scfrac {G_{L}}}$ { $Bn_{0$ 단, 여기서는 이에 대해 설명하지 않습니다.

t $t={\frac {1}{Bn_{0}}}$ $t={\frac {1}{Bn_{0}}}$ B $t={\frac {1}{Bn_{0}}}$ 0 { $displaystyle$ t = $param$ frac ${1}$ { $Bn_{0$ 이면 $t={\frac {1}{Bn_{0}}}$ 여분의 구멍이 사라집니다.따라서 재료에 있는 여분의 $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ 의 수명을 정의할 수 있습니다. $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ B $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ n $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ \ $displaystyle \ display$ _ { p } = $fr$ frac { 1 $\tau _{p}={\frac {1}{Bn_{0}}}$ } { $Bn$ _ { $0$ } } }

따라서 소수 통신사의 수명은 다수 통신사의 집중도에 따라 달라집니다.

자극 방출

자극방출은 입사광자가 들뜬 전자와 상호작용하여 위상, 주파수, 편광, 이동방향 등에서 입사광자와 동일한 성질을 가진 광자를 재결합시켜 방출하는 과정이다.레이저나 메이저 동작의 중심에는, 인구 역전 원리와 함께, 자극 방출이 있습니다.20세기 초에 아인슈타인은 들뜸과 지면 레벨이 저하되지 않을 경우 $W_{12}$ W 12 $($ 스타일 $W_$ ${$ $12})$ 와 $W_{12}$ 자극 $W_{21}$ $W_{21}$ 21( $디스플레이 스타일$ W_ ${21$ 이 ^[6]동일하다는 것을 증명했습니다.레벨 1과 레벨2가 $g_{1}$ $({$ -fold $g_{1}$ $g_{2}$ $({$ -fold인 $g_{2}$ 경우 새로운 관계는 다음과 같습니다.

g_{1}W_{12}=g_{2}W_{21

트랩 배출

트랩 방출은 반송파가 밴드갭 중간에서 결함 관련 웨이브스테이트에 빠지는 다단계 공정이다.트랩은 캐리어를 유지할 수 있는 결함입니다.트랩 방출 과정은 에너지를 절약하기 위해 전자를 구멍과 재결합시키고 광자를 방출한다.트랩 방출의 다단계 특성으로 인해 포논도 방출되는 경우가 많습니다.트랩 방출은 벌크 결함 또는 표면 ^[8]결함을 사용하여 진행할 수 있습니다.

비방사성 재조합

비방사성 재조합은 인체와 반도체의 과정으로, 전하 운반체가 광자 대신 방출 포논을 재조합합니다.광전자 및 인광기의 비방사성 재조합은 원치 않는 공정으로, 광생성 효율을 낮추고 열 손실을 증가시킵니다.

비방사성 수명은 반도체 전도대역의 전자가 구멍과 재결합할 때까지의 평균시간이다.광자는 광전자 공학에서 중요한 매개 변수이며, 비방사성 수명이 방사성보다 짧으면 반송파가 비방사성 재조합할 가능성이 높다.이로 인해 내부 양자 효율이 낮아집니다.

Shockley-Read-Hall(SRH)

트랩 보조 재조합이라고도 불리는 쇼클리-리드-홀 재조합(SRH)에서 밴드 간 전환 중인 전자는 도판트 또는 결정 격자의 결함에 의해 밴드 갭 내에 생성된 새로운 에너지 상태(국소화 상태)를 통과합니다. 이러한 에너지 상태를 트랩이라고 합니다.비방사성 재조합은 주로 그러한 현장에서 발생한다.에너지는 물질과 열에너지를 교환하는 포논인 격자진동의 형태로 교환됩니다.

트랩은 캐리어 간의 운동량 차이를 흡수할 수 있기 때문에 실리콘 및 기타 간접 밴드갭 재료에서 SRH가 지배적인 재결합 프로세스입니다.그러나 트랩 보조 재조합은 캐리어 밀도가 매우 낮은 조건(매우 낮은 레벨 주입) 또는 페로브스카이트와 같은 트랩 밀도가 높은 재료에서도 지배적일 수 있습니다.이 과정은 1962년에 출판한 윌리엄 쇼클리, 윌리엄 손턴^[9] 리드, 로버트 N.^[10] 홀의 이름을 따서 명명되었다.

트랩의 종류

전자 트랩 vs. 홀 트랩

모든 재조합 사건은 전자 이동의 관점에서 설명될 수 있지만, 들뜬 전자와 그들이 남긴 전자 구멍의 관점에서 다른 과정을 시각화하는 것은 일반적입니다.이런 맥락에서 트랩 레벨이 전도 대역에 가까우면 들뜬 전자를 일시적으로 고정시킬 수 있고, 다시 말해 전자 트랩입니다.반면 에너지가 원자가 밴드에 가까우면 홀트랩이 됩니다.

얕은 트랩 대 깊은 트랩

얕은 트랩과 깊은 트랩은 일반적으로 전자 트랩이 전도 대역에 얼마나 가까운지, 홀 트랩이 원자가 대역에 얼마나 가까운지에 따라 구분됩니다.트랩과 대역의 차이가 열 에너지_B kT보다 작을 경우 얕은 트랩이라고 합니다.또는 열 에너지보다 차이가 클 경우 딥 트랩이라고 합니다.이 차이는 얕은 트랩이 더 쉽게 비워질 수 있기 때문에 광전자 디바이스의 퍼포먼스에 악영향을 미치지 않는 경우가 많기 때문에 도움이 됩니다.

SRH 모델

Shockley-Read-Hall 모델의 전자 및 홀 트래핑

SRH 모델에서는 트랩레벨과 ^[11]관련하여 다음 4가지가 발생할 수 있습니다.

도전대역의 전자는 인트라맵 상태로 포획할 수 있다.
전자는 트랩 레벨에서 전도대역 내로 방출할 수 있다.
원자가 밴드의 구멍을 트랩으로 포착할 수 있다.이것은 채워진 트랩이 원자가 대역으로 전자를 방출하는 것과 유사합니다.
포획된 구멍은 원자가 밴드로 방출될 수 있습니다.원자가 대역에서 전자를 포획하는 것과 유사합니다.

트랩을 통해 캐리어 재조합이 발생하면 상태의 원자가 밀도를 맵 ^[12]내 밀도로 대체할 수 있습니다. $p(n)$ p $)$ { $displaystyle$ p $(n)}$ 는 $p(n)$ 갇힌 전자/ $N_{t}(1-f_{t})$ $N_{t}(1-f_{t})$ t( $N_{t}(1-f_{t})$ - $N_{t}(1-f_{t})$ $)$ { $displaystyle N_{t}(1-f_{t$ 의 밀도로 대체됩니다.

R_{nt}=B_{n}nN_{t}(1-f_{t})

$N_{t}$ 서 N t $N_{t}$ {\ $displaystyle N_{t}$ 는 $N_{t}$ 트랩 상태의 $f_{t}$ 이고 $f_{t}$ t $f_{t}$ {\ $displaystyle f_{t}$ 는 $f_{t}$ 점유 상태의 확률입니다.두 종류의 트랩을 모두 포함하는 재료를 고려하여 2개의 트랩 $B_{n},B_{p}$ B $B_{n},B_{p}$ $B_{n},B_{p}$ {\ $style$ B_ ${n$ }, $B_{p}$ 와 $B_{n},B_{p}$ 2개의 트래핑 $G_{n},G_{p}$ G $G_{n},G_{p}$ , $G_{n},G_{p}$ p { $display G_{n$ }, $G_{$ p $G_{n},G_{p}$ 를 정의할 수 있으며, 평형에서는 트래핑과 디트래핑이 모두 균형을 이루어야 $R_{nt}=G_{n}$ ( $)$ $}=G_{$ n $R_{nt}=G_{n}$ } $R_{pt}=G_{p}$ $R_{pt}=G_{p}$ $R_{pt}=G_{p}$ t $R_{pt}=G_{p}$ = $R_{pt}=G_{p}$ p { displaystyle $R_{$ pt } = $G_{$ p} 。 $f_{t}$ 으로 f t $f_{t}$ {\ $displaystyle f_{t}}$ 의 $f_{t}$ 함수로서 4가지 비율이 됩니다.

({displaystyle}{l}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}p_{t}n_{t}N_{t}{t}{t}}{t}}{t}}}}}{t}}}}}{t}}}}}}{pN}}}}}}}}}{t}}}}}}}}}}}}{pN}}}}

여기서 n t $n_{t}$ { $display style$ n _ { $t$ } $p_{t}$ p $p_{t}$ { $display style$ p _ { $t$ } are $p_{t}$ 、 Fermi 준위가 트랩 에너지와 일치할 때의 전자 및 홀 밀도입니다.정상상태에서 전자의 순재조합속도는 홀의 순재조합속도와 일치해야 한다. $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ , $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ n $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ - $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ p { $displaystyle$ R _ { $nt$ } - $G$ _ { n } = $R$ _ { p $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ } - $G$ _ { $p$ } $R_{nt}-G_{n}=R_{pt}-G_{p}$ R _ { p } 。이를 통해 $(\$ 이 $f_{t}$ 제거되고 트랩 지원 재결합의 Shockley-Read-Hall 표현으로 이어집니다.

R=black {np}{\display_{n}(p+p_{t})+\display_{p}(n+n_{t})

여기서 전자와 홀의 평균 수명은 다음과 ^[12]같이 정의됩니다.

\displaystyle \flac {1}{B_{n}N_{t}},\quad \flac {p}={B_{p}N_{t}}}.}

오거 재결합

오거 재결합에서는 에너지가 다른 에너지 밴드로 이동하지 않고 높은 에너지 레벨로 들뜬 제3의 캐리어에 공급된다.상호작용 후, 세 번째 반송파는 보통 열진동에 의해 여분의 에너지를 잃습니다.이 과정은 세 입자의 상호작용이기 때문에 일반적으로 반송파 밀도가 매우 높을 때 불균형 조건에서만 유의합니다.세 번째 입자는 불안정한 고에너지 상태에서 과정을 시작해야 하기 때문에 오거 효과 과정은 쉽게 생성되지 않는다.

열평형 상태에서 오거 $R_{A}$ $(\$ 와 $R_{A}$ 열발생률 $G_{0}$ $(\$ 은 $G_{0}$ 서로^[13] 동일함

R_{A0}=G_{0}=C_{n}n_{0}+C_{p}n_{0}p_{0}^2

$C_{n},C_{p}$ 서 C $C_{n},C_{p}$ n , $C_{n},C_{p}$ p \ $style$ C_ ${n}, C_{p}$ 는 $C_{n},C_{p}$ 오거 캡처 확률입니다.정상상태 조건에서의^[13] 비균형 오거 $r_{A}$ $r_{A}$ {\ $displaystyle r_{A}}$ 및 $r_{A}$ 순재결합률 $U_{A}$ A {\ $displaystyle U_{A}}$ 는 $U_{A}$ 다음과 같다.

\displaystyle r_{A}=C_{n}np^{2},\quad R_{A}=r_{A}-G_{0}=C_{n}\left(n^{2}p-n{0}\right)C_{p}\left(np^{2}-n_{0}p_{0}^{2}\오른쪽),}

Oger 라이프 타임 » $(\$ 는 $\tau _{A}$ ^[14] 다음과 같습니다.

\displaystyle _{A}=\displayfrac {Delta n}{R_{A}}=sq frac {1}{n^{2}C_{n}+2n_{i}^{2}(C_{n}+C_{p}+p^{2}C_{p}}},}

LED 효율 저하를 일으키는 메커니즘은 2007년에 오거 재조합으로 확인되었으며,^[15] 혼합 반응을 보였습니다.2013년, 한 실험 연구에서 효율성 ^[16]저하의 원인으로 오거 재조합을 확인했다고 주장했습니다.그러나 이 연구에서 발견된 오거 손실의 양이 이러한 축소를 설명하기에 충분한지는 여전히 논란이 되고 있다.주요 하강 원인 메커니즘으로 오거에 대해 자주 인용되는 다른 증거는 이 메커니즘의 저온 의존성입니다. 이는 낙하 시 발견된 것과 반대입니다.

표면 재조합

반도체 표면에서의 트랩 지원 재조합을 표면 재조합이라고 한다.반도체 결정의 갑작스런 중단으로 인한 매달림 결합으로 인해 반도체 형상의 표면 또는 계면 또는 그 부근에 트랩이 있을 때 발생한다.표면재조합은 표면결함의 ^[17]밀도에 따라 달라지는 표면재조합속도로 특징지어진다.태양전지와 같은 응용 분야에서는 표면 재조합이 표면에서 자유 캐리어의 수집 및 추출에 의해 재조합의 지배적인 메커니즘일 수 있다.태양 전지의 일부 응용 분야에서는, 큰 밴드 갭을 가진 투명한 물질의 층이, 또한 창 층으로도 알려져, 표면 재조합을 최소화하기 위해 사용된다.표면 ^[18]재조합을 최소화하기 위해 패시베이션 기법도 사용된다.

랑게뱅 재결합

저이동성 시스템의 자유 캐리어의 경우, 재결합률은 종종 랑게뱅 재결합률로 ^[19]설명된다.이 모델은 유기 물질과 같은 무질서한 시스템(따라서 유기 태양^[20] 전지와 관련이 있음) 및 기타 그러한 시스템에 자주 사용됩니다.Langevin 재결합 강도는 $\gamma ={\tfrac {q}{\varepsilon }}\mu$ $\gamma ={\tfrac {q}{\varepsilon }}\mu$ q $\gamma ={\tfrac {q}{\varepsilon }}\mu$ {\ $displaystyle$ \displaystyle $=$ t $tfrac {q}{\varepsilon$ }}\ $mu$ 로 정의됩니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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외부 링크

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[3] Stranks, Samuel D.; Burlakov, Victor M.; Leijtens, Tomas; Ball, James M.; Goriely, Alain; Snaith, Henry J. (2014-09-11). "Recombination Kinetics in Organic-Inorganic Perovskites: Excitons, Free Charge, and Subgap States". Physical Review Applied. 2 (3): 034007. Bibcode:2014PhRvP...2c4007S. doi:10.1103/PhysRevApplied.2.034007.

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[8] van Dijken, Addy; Meulenkamp, Eric A.; Vanmaekelbergh, Daniël; Meijerink, Andries (2000-03-01). "The Kinetics of the Radiative and Nonradiative Processes in Nanocrystalline ZnO Particles upon Photoexcitation". The Journal of Physical Chemistry B. 104 (8): 1715–1723. doi:10.1021/jp993327z. ISSN 1520-6106.

[9] Shockley, W.; Read, W. T. (1 September 1952). "Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons". Physical Review. 87 (5): 835–842. Bibcode:1952PhRv...87..835S. doi:10.1103/PhysRev.87.835.

[10] Hall, R.N. (1951). "Germanium rectifier characteristics". Physical Review. 83 (1): 228.

[11] NISOLI, MAURO. (2016). SEMICONDUCTOR PHOTONICS. SOCIETA EDITRICE ESCULAPIO. ISBN 978-8893850025. OCLC 964380194.

[:1-12] Kandada, Ajay Ram Srimath; D'Innocenzo, Valerio; Lanzani, Guglielmo; Petrozza, Annamaria (2016), Da Como, Enrico; De Angelis, Filippo; Snaith, Henry; Walker, Alison (eds.), "Chapter 4. Photophysics of Hybrid Perovskites", Unconventional Thin Film Photovoltaics, Royal Society of Chemistry, pp. 107–140, doi:10.1039/9781782624066-00107, ISBN 9781782622932

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[14] Li, Sheng S., ed. (2006). Semiconductor Physical Electronics. p. 144. doi:10.1007/0-387-37766-2. ISBN 978-0-387-28893-2.

[stevenson-15] Stevenson, Richard (2009년 8월) "LED의 다크 시크릿: 솔리드 스테이트 라이팅은 드롭으로 알려진 의문의 병을 극복할 때까지 전구를 대체하지 않습니다."IEEE 스펙트럼

[16] Justin Iveland; Lucio Martinelli; Jacques Peretti; James S. Speck; Claude Weisbuch. "Cause of LED Efficiency Droop Finally Revealed". Physical Review Letters, 2013. Science Daily. Retrieved 23 April 2013.

[17] Nelson, Jenny (2003). The Physics of Solar Cells. London: Imperial College Press. p. 116. ISBN 978-1-86094-340-9.

[18] Eades, W.D.; Swanson, R.M. (1985). "Calculation of surface generation and recombination velocities at the Si-SiO2 interface". Journal of Applied Physics. 58 (11): 4267–4276. Bibcode:1985JAP....58.4267E. doi:10.1063/1.335562. ISSN 0021-8979.

[19] "Recombination in low mobility semiconductors: Langevin theory". 4 April 2008.

[LakhwaniRao2014-20] Lakhwani, Girish; Rao, Akshay; Friend, Richard H. (2014). "Bimolecular Recombination in Organic Photovoltaics". Annual Review of Physical Chemistry. 65 (1): 557–581. Bibcode:2014ARPC...65..557L. doi:10.1146/annurev-physchem-040513-103615. ISSN 0066-426X. PMID 24423376.

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