Ионизация.
Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Положительно заряженный ион(одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного или нескольких электронов.) образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера.
Ударная ионизация — физическая модель, описывающая ионизацию атома при ударе о него электрона (или другой заряженной частицы — например, позитрона, иона или «дырки»). Явление может наблюдаться как в газах, так и в твёрдых телах (в частности, в полупроводниках). В полупроводниках электрон или дырка, набравшие достаточно высокую кинетическую энергию в сильном электрическом поле, могут ионизовать кристалл и создать в нём электронно-дырочную пару. Для ионизации полупроводника энергия носителя должна превышать ширину запрещённой зоны.
В электрическом поле электрон набирает дополнительную энергию. За счет механизмов рассеивания электрон отдает часть энергии. Но в конце концов набирает энергию превышающую Ед. И при столкновении с атомом он передает ему эту энергию. Образуется электронно-дырочная пара. Эти два электрона, так же набирают энергию в электрическом поле и процесс повторяется. Увеличивается концентрация электронов и дырок. Это лавинообразный процесс. Встречный процесс – рекомбинация.
Рекомбинация это захват электрона дыркой.
Виды рекомбинации:
Инжекция – впрыскивание зарядов в другую область.
Экстракция – втягивание носителей заряда.
Излучательная, а также безызлучательная (фотонная и ударная).
Межзонная рекомбинация – межзонная рекомбинация осуществляется при переходе свободного электрона из зоны проводимости в валентную зону, что сопровождается уничтожением свободного электрона и свободной дырки.
Рекомбинация через локальные центры. В полупроводниковом кристалле всегда имеются дефекты, энергетические уровни которых находятся в запрещенной зоне. Поэтому наряду с межзонной рекомбинацией может идти процесс рекомбинации через локальные центры. Дефект решетки, способный захватить электрон из зоны, проводимости и дырку из валентной зоны, осуществляя их рекомбинацию, называется рекомбинационной ловушкой. В этом случае исчезновение пары – электрона проводимости и дырки проводимости – осуществляется следующим образом. Нейтральная рекомбинационная ловушка захватывает электрон из зоны проводимости, который затем через некоторое время перейдет в валентную зону.
Эффект Зинера и эффект Ганна.
Эффект Зинера (электростатическая ионизация). Имеет место в полупроводниках с малой Ед. Эффект не зависит от температуры.
Как видно из рисунка, в сильном электрическом поле при наклоне зон возможен переход электрона из валентной зоны и с локальных уровней в зону проводимости без изменения энергии - путем туннельного просачивания электронов через запрещенную зону. Этот механизм увеличения концентрации свободных носителей под действием сильного электрического поля называют электростатической ионизацией.
Эффект Ганна- явление возникновения осцилляций (генерация высокочастотных колебаний электрич. тока) тока в однородном полупроводнике при приложении к нему сильного электрического поля. Впервые этот эффект наблюдался Джоном Ганном в 1963 г. на арсениде галлия. Эффект Ганна заключается в возникновении СВЧ колебаний тока при наложении сильного электрического поля.