Rekombination im Halbleiter
Einleitung
Im Halbleiter können sich Elektronen (unter bestimmten Voraussetzungen) aus dem Halbleiter-Gitter lösen und frei bewegen. Fallen freie Elektronen wieder in freie Löcher zurück wird dieser Vorgang als Rekombination bezeichnet.
Erklärung der Rekombination
Wie wir bereits wissen können sich in einem Halbleiter (bei bestimmten Gegebenheiten) Elektronen aus dem Atom-Gitter lösen und sich frei bewegen.
In einem Halbleiter kann es deshalb freie Elektronen aber entsprechend auch freie Löcher geben.
⇨ Grundlagen zum Halbleiter
Die freien Elektronen können in freie Löcher wieder zurückfallen.
Dies wird als Rekombination bezeichnet. Dabei wird eine Energie frei.
[Bild]
Bändermodell – Rekombination
Die Rekombination kann entsprechend auch im Bändermodell veranschaulicht werden.
⇨ Bändermodell
Wie bereits bekannt können sich, durch Energie zufuhr (erwärmen) eines reinen Halbleiters, Elektronen aus dem Valenzband lösen und ins Leitungsband übergehen.
Bei der Rekombination fallen diese freien Elektronen aus dem Leitungsband in die freien Löcher im Valenzband zurück.
Energie
Nun wird eine Energie benötigt damit ein Elektron sich aus dem Halbleiter-Gitter löst und frei beweglich wird. (Ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband übergeht)
Fällt ein freies Elektron in ein freies Loch zurück (Rekombination) (Elektron fällt vom Leitungsband ins Valenzband zurück) wird Energie freigesetzt.
Rekombinationsmechanismen
Nun haben wir bereits gelernt das bei der Rekombination eine Energie wieder freigesetzt wird. Diese Energie kann in verschiedenen Formen freigesetzt werden.
Dabei unterscheidet man 3 sogenannte Rekombinationsmechanismen.
– Direkte Rekombination
– Auger-Rekombination
– SRH-Rekombination
Direkten Rekombination
Bei der Direkten Rekombination wird die, freiwerdende Energie in Form von Licht frei.
Auger-Rekombination
Bei der Auger-Rekombination geht die Energie des Elektrons auf ein benachbartes Elektron über. Dieses Elektron wird entsprechend auf ein höheres Energieniveau gehoben.
SRH-Rekombination
Bei der SRH-Rekombination befindet sich im Halbleiter, gewollt, eine sogenannte „Trap“. Fällt das Elektron vom Leitungs- ins Valenzband, fällt es zunächst nur in diese „Trap“ und dann in das freie Loch in Valenzband. Dabei gibt das Elektron seine Energie in das Halbleiter-Gitter ab.
Anwendung / Praxis
In Realität findet die direkte Rekombination, bei welcher Licht frei gegeben wird, beispielsweise bei der Leuchtdiode (LED) statt. In einem „normalen“ Silizium-Bauelement findet dagegen normalerweise keine „strahlende“ Rekombination statt.