E5 Defeitos e níveis profundos

Tópico

Um defeito na rede cristalina deste material semicondutor, ou uma impureza de metal de transição presente nessa mesma rede cristalina, introduz — diferentemente das impurezas doadoras e aceptoras rasas já estabelecidas por outro modelo deste conjunto próximas às bandas proibidas — um nível profundo dentro da banda proibida deste material semicondutor. Este nível profundo está localizado muito mais próximo do meio da banda proibida do que de qualquer uma de suas extremidades e, portanto, requer uma energia de ionização muito maior do que a pequena energia de ionização já requerida pela mesma impureza doadora ou aceptora rasa. O fato de este defeito na rede cristalina deste material semicondutor ser mais severo, ou de esta impureza de metal de transição estar presente em uma concentração maior, resulta em uma maior densidade desses níveis profundos dentro da banda proibida.

A ocupação desse nível profundo — se um portador de carga está efetivamente aprisionado ali em um dado instante — depende tanto do nível de Fermi do material semicondutor, já estabelecido por outro modelo deste sistema, quanto da velocidade térmica dos portadores de carga livres que se movem ao seu redor. Quanto mais próximo o nível de Fermi estiver desse nível profundo, mais tempo ele permanecerá ocupado por um portador de carga aprisionado. Por outro lado, uma maior velocidade térmica desses portadores de carga livres aumenta a frequência com que um deles colide com esse nível profundo, seja para ficar aprisionado ali ou para escapar, caso já estivesse aprisionado. Quanto mais próximo o nível de Fermi estiver desse nível profundo, maior será a ocupação desse nível profundo.

Consequentemente, quanto mais próximo o nível de Fermi estiver desse nível profundo, maior será a ocupação desse nível profundo. Portanto, este modelo, com o nível profundo e sua ocupação, com a qual foi aberto, faz com que este mesmo nível profundo atue, dependendo do caso, como um centro de recombinação que descreve com mais detalhes outro modelo deste conjunto, ou como uma armadilha de carga que caracteriza experimentalmente, através do relaxamento capacitivo após um pulso de preenchimento, um modelo diferente deste conjunto: como um centro de recombinação, este nível profundo captura primeiro um elétron e depois um buraco, ou vice-versa, permitindo que ambos se recombinem entre si através dele, em vez de diretamente através de toda a banda proibida; como uma armadilha de carga, este mesmo nível profundo simplesmente aprisiona e libera portadores de carga sem que ocorra qualquer recombinação. O fato de a densidade desses níveis profundos, introduzidos aqui por um defeito na rede cristalina ou por uma impureza de metal de transição, ser a mesma densidade de defeitos que já degrada, de acordo com a relação de Messenger-Spratt, a vida útil dos portadores desse material semicondutor quando esse mesmo defeito na rede cristalina é introduzido por danos por deslocamento descritos por um modelo diferente desse conjunto, significa que ambos os modelos descrevem, em essência, a mesma consequência física desse nível profundo atuando como um centro de recombinação.

ID:4499