Читальный зал -->  Солнечные элементы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

в этом случае значения А могут превьнлать единицу, а также допустимы изменения А при различных напряжениях смещения.

2.5.5. Туннелирование носителей

Для большинства гетеропереходов наклон кривых \gJ(V~) почти не зависит от температуры, поэтому можно предположить, что преобладающим механизмом переноса носителей заряда является их туннелирование через потенциальный барьер. Квантовомеханическое туннелирование начинает играть заметную роль при толщине барьера менее 10-20 им. Расчет его вероятности может быть выполнен путем непосредственного решения уравнения Шредингера, однако для многих форм профилей барьера более точные результаты [Gundlach, Simmons, 1969] позволяет получить метод Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна (ВКБ). При проведении расчетов обьи-но предполагают, что средняя длина свободного пробега электронов значительно больше туннельного пути и электрон-электронным взаимодействием можно пренебречь. Вероятность туннелирования носителей в приближении ВКБ

(2.48)

Здесь Xi и Х2 - координаты точек, в которых согласно представлениям классической механики должно было бы произойти отражение частицы, а £ и Фо (х) - энергия электрона и высота барьера, отсчитываемые от уровня, соответствующего нулевой кинетической энергии электрона. Значения эффективной массы т* туннелирующих носителей заряда рассмотрены в [Barber, 1967; Crowell, 1969].

В соответствии с зонной диаграммой, изображенной на рис. 2.24,а, внутризонное туннелирование носителей через пик является механизмом, ограничивающим их инжекцию в материал р-типа. Вероятность туннелирования нормально падающей частицы сквозь основание барьера высотой Ejj, имеющего треугольную форму [Nordheim, 1928],

7(g) = ехр[-4(2m;)/f 2/(35)] . (2.49)

Зависимость (й) от напряжения смещения Vобусловлена наличием зависимости от V напряженности поля ё в переходе (которая совместно с Ef определяет ширину и высоту барьера), в результате наклон lg/(F) не зависит от температуры. Впервые такая модель была использована [Rediker е. а., 1964] для описания процесса переноса носителей заряда через пик в зоне проводимости в гетеропереходах GaAs - Ge и GaAs - GaSb. Обсуждению механизма внутризонного туннелирования посвящен обзор [Tansley, 1971].

Поскольку вероятность туннелирования экспоненциально связана с эффективной массой т* носителя, наблюдается также и сильная зависимость

Отметим, что в гетеропереходах AIGaAs - GaAs А 2. Это обусловлено рекомбинацией на боковой поверхности структуры [Henry е. а., 1978; Henry, Logan, 1978].

Рис. 2.24. Модели внутризон-ного туннелирования носителей заряда (а) и совместного туннелирования и рекомбинации носителей [Riben, leucht, 1966b]:

А, В и С - возможные туниельно-рекомбинационные

переходы; Ej =

тока в переходе от т*. Вследствие этого существенное влияние на протекание тока оказывает кристаллографическая ориентация структуры в области перехода [Anderson, 1977].

Межзонное туннелирование носителей заряда через тонкий барьер первоначально рассматривалось [Riben, 1965] как наиболее медленная стадия процесса, ограничивающая скорость переноса, а впоследствии [Riben, Feucht, 1966 b] это явление было учтено в обобщенной модели, согласно которой после туннелирования носителей через состояния в обедненном слое происходит их рекомбинация. В основу этих моделей был положен механизм переноса носителей, аналогичный избыточному току в туннельных диодах [Chynoweth е. а., 1961]. Если переходы осуществляются по схеме, приведенной на рис. 2.24,6 [Riben, Feucht, 1966 b], то

J,J, = BN ехр {[-4(2m*qyi {V - k, П]/(ЗЙЯо) } , (2.50)

где Ио = {2qNJe,2y\ qV = Eg + AE - 8 - bp- = 1/[(1 + -t- 651/(652/)))] характеризует степень асимметрии перехода; -концентрация туннельно-рекомбинационных центров; В - постоянная, которая выражается через N. Авторами было установлено, что (2.50) адекватно описывает характеристики диодов на основе n-Ge - p-GaAs.

Согласно (2.50) существует слабая температурная зависимость Jq, обусловленная изменением ширины запрещенной зоны при колебаниях температуры, поэтому (2.50) можно представить в упрощенном виде

/,/, = Вехр()ЗГ)ехр(аК). (2.51)

Модель ступенчатого туннелирования носителей через близко расположенные состояния в области границы раздела получила дальнейшее развитие [Riben, Feucht, 1966а]. Ввод в (2.50) дополнительного параметра, зависящего от числа шагов и температуры, позволил использовать модель для описания структур, имеющих значительно более толстые обедненные слои, к которым неприменима модель, учитывающая лишь единственный туннельный шаг. Несмотря на то что указанный параметр введен 76

с целью согласования теоретических и экспериментальных данных, он, так же как и количество предсказьшаемых туннельных шагов, имеет физический смысл (например, 20 шагов при толщине барьера 80 нм).

Сопоставляя все ранее рассмотренные модели, можно сделать вывод о том, что зависимость туннельного тока от напряжения смещения возникает в силу существования взаимосвязи между вероятностью туннелирования носителей и полем в переходе (а значит, и толщиной барьера), а не вследствие зависимости концентрации носителей в верхней части барьера от напряжения. Следует отметить, что согласно этим моделям туннелирование, происходящее у основания барьера, не связано со значительной термической активацией носителей заряда.

2.5.6. Термическая активация и туннелирование

Во многих гетеропереходах одновременно реализуются два (или даже несколько) механизма переноса носителей заряда: туннелирование с последующей рекомбинацией (было рассмотрено ранее) и термическая активация, приводящая к повышению энергии носителей до уровня, при котором прозрачность барьера повышается или становится возможным их прямой переход на рекомбинационные центры в области границы раздела. Таким образом, по мере понижения температуры наклон кривой lgJ(V) сначала изменяется обратно пропорционально температуре, как это происходит при термической активации, а затем перестает зависеть от Т, что свидетельствует о протекании туннельного тока. В обоих случаях основная доля носителей рекомбинирует на границе раздела. С помощью такой комбинированной модели были объяснены [Lindquist, Bube, 1972] особенности протекания тока при прямом напряжении смещения в солнечных элементах с гетеропереходом CuS -CdS на основе монокристаллического сульфида кадмия. Другим примером структуры служит солнечный элемент с гетеропереходом и-CdS-p-CdTe, исследование которого показало [Mitchell е. а., 1977], что при Т <290 К темновой диодный ток, обусловленный в основном туннелированием носителей, отвечает (2.51) с а = = 22 В и 3 = 0,015 К . При Т> 290 К преобладает рекомбинационный механизм протекания тока в соответствии с (2.41), в котором А = 1,89, а энергия активации Д£ для Л равна 0,59 эВ. При отсутствии напряжения смещения ширина обедненного слоя в этой структуре, сосредоточенного в основном в p-CdTe, составляет 0,19 мкм.

Существует аналогия между гетеропереходами, характеризующимися большими значениями 5,- (при которых поверхностная рекомбинация не является процессом, ограничивающим протекание тока), и барьерами Шоттки, где эффективная скорость поверхностной рекомбинации бесконечно велика. Для описания термически стимулированного туннелирования (называемого также термоэлектронной полевой эмиссией) в барьерах Шоттки разработаны различные модели [Stratton, 1962; Padovani, Stratton, 1966; Chang, Sze, 1970; Crowell, Rideout, 1969], которым посвящены обзоры Rhoderick, 1974; Padovani, 1971. Протекающий через барьер ток равен интегралу произведения падающего потока электронов и квантово-механического коэффициента прозрачности барьера (т. е. вероятности туннелирования), каждый из множителей является функцией энергии.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.