Ударная ионизация
Уда́рная иониза́ция — физическая модель, описывающая ионизацию атома при «ударе о него» электрона или другой заряженной частицы — например, позитрона, иона или «дырки». Явление наблюдается как в газах, так и в твёрдых телах, например в полупроводниках.
В полупроводниках электрон или дырка, обладающие достаточно высокой кинетической энергией (по крайней мере превосходящей ширину запрещённой зоны), могут ионизовать кристалл и создать в нём электронно-дырочную пару. В состояния с высокой энергией носители заряда попадают в сильном электрическом поле, а также при поглощении фотона или при инжекции (через туннельный барьер или гетеропереход с разрывом зон на границе).
Количественные характеристики
Для количественного описания ионизации в сильном поле служит коэффициент ударной ионизации (см-1)
.
Он задаёт число ионизаций, осуществляемых одним электроном, дыркой или другой частицей на единичном пути, и играет роль показателя интенсивности размножения. Символы означают англ. impact ionization.
При моделировании, особенно методом Монте-Карло, поведения высокоэнергетичных носителей используют темп ударной ионизации (с-1) как функцию энергии. Темп — это обратное характерное время до соответствующего события, в данном случае до акта ионизации.
Мерой ударной ионизации может также выступать квантовый выход — среднее число ионизаций, совершаемых частицей при движении в рассматриваемой области, например от инжекции до полной релаксации по энергии.
Для электронов в одном из основных материалов полупроводниковой техники — кремнии, составляет
см-1 при
В/см и
см-1 при
В/см. Темп
(с-1) изменяется с энергией электрона
, отсчитываемой в эВ от края зоны проводимости Si, примерно как
, а выход
в случае
равен 0.01 для
эВ и 0.5 для
эВ[1]. Энергетическим порогом для
и
, ниже которого эти величины равны нулю, является ширина запрещённой зоны
(1.1 эВ).
Значимость ударной ионизации
См. также
Примечания
Литература
- Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб.: Лань, 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1.
- А. И. Лебедев. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Физматлит, 2008. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-0995-6.