과잉캐리어

요약

외부에서 에너지나, 전자가 들어와 어느 부분에 전자-정공의 pair를 더 많도록 만드는 것을 말한다.

정의상 가정	도핑 ( doping )_ 진성반도체 ( intrinsic semiconductor )
내용상 가정
공식
단위
응용	recombination ( 재결합 )

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다음과 같이 안정한 band gap이 있습니다.

이런 진성반도체나 도핑된 반도체에 band gap을 뛰어넘는 에너지가 주입되거나 외부에서 캐리어들(전자, 정공)이 유입이 될 수 있습니다.

그러면 valence band에 있던 전자가 여기(excite)하여 한 부분에 전자가 많아지거나 정공이 많아지게 되는데 전자가 있어야 될 자리에 없으면 그것을 정공이라 정의했으므로, 이 excite과정을 electron-hole pair generation이라 합니다.

 이렇게 지역적으로 중성을 깨고 갑자기 많아진 캐리어를 과잉 캐리어(excess carrier)라 합니다.

사실 감각적으로 이런 과잉캐리어를 보기 힘듭니다. 바로 이렇게 과잉캐리어가 생기고 나면 정말 빠르게(10ns) 다시 원래자리로 돌아가는 재결합(recombination)을 하게 됩니다.

재결합 할때 딱 band gap만큼의 에너지를 방출하게됩니다. 즉 다음 그림과 같이 band gap보다높은 에너지 hν1를 받고 여기(excite)되었다 해도 conduction band까지는 열에너지를 방출하며 도달하고 외부로 빛이나 다른 형태로 방출하는 에너지는 band gap사이의 에너지 hν2입니다.

나오는 에너지 형태가 빛이라면 이 물질을 형광(fluorescence)라 합니다. 그러나 band gap이 작은 원소하나를 주입하여 band gap사이에 trap을 하나 설치한다면 trap으로 recombination이 되고 다시 excite되는것을 반복하다가 trap과 valence band사이의 에너지 만큼 방출하게 됩니다. 즉 빛이 방출하는 과정이 느리게되고 빛의 파장도 마음대로 조절할 수 있는 것입니다. 이를 인광(phosphorescence)라 합니다. 

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!