Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 21, Numéro 9, septembre 1986
Page(s) 545 - 556
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01986002109054500
Rev. Phys. Appl. (Paris) 21, 545-556 (1986)
DOI: 10.1051/rphysap:01986002109054500

Effets de la recombinaison de surface et des conditions d'excitation sur les réponses de photoconductivité transitoire

S. Rebiai et D. Bielle-Daspet

Laboratoire d'Automatique et d'Analyse des Systèmes du Centre National de la Recherche Scientifique, 7, avenue du Colonel Roche, 31077 Toulouse Cedex, France


Abstract
The theoretical expressions of the excess carrier distribution Δ n(x, t) and its integrated value ΔN(t) are successively considered for rectangular or Gaussian light pulses. The analysis deals with the changes in Δn(x, t) and ΔN(t) with the carrier surface recombination velocity S, diffusion coefficient D and bulk lifetime τB, as well as light pulse duration δ and absorption coefficient α. These parameters and the sample thickness W are taken into account in the discussion of the conditions under which the S and τB values may be obtained using the negative ratio K(t+, t-) of the slopes, just before and after the maximum, and the decay time constant τ of the ΔN( t) responses. Numerical calculations are given for typical examples of silicon samples (substrates : D = 34 cm2/s, τB = 1 μs; layers : D = 1 cm 2/s, τB = 40 ns) and light pulses (δ = 0.4 to 100 ns ; wavelengths λ = 1.06, 0.91, 0.69 and 0.51 μm; numerical values of Δn, N calculated for g0 = 1021 cm-3 s-1).


Résumé
Les expressions théoriques de la distribution Δn(x, t) de l'excès de porteurs et de sa valeur intégrée ΔN(t) sont successivement traitées pour des impulsions lumineuses rectangulaires et d'allure gaussienne. L'analyse est menée de façon à mettre en relief les effets respectifs de la vitesse de recombinaison en surface S, de la constante de diffusion D et de la durée de vie volumique τB des porteurs dans un échantillon, ainsi que de la durée δ et du coefficient d'absorption α de l'impulsion lumineuse. Ces cinq paramètres, ajoutés à l'épaisseur W de l'échantillon, sont pris en compte pour discuter des conditions sous lesquelles les valeurs de S et τB peuvent être obtenues à partir des mesures du rapport K(t+, t-), entre les pentes de part et d'autre du maximum, et de la constante de temps de décroissance τ de réponses ΔN(t). L'illustration numérique est faite pour des cas types d'échantillons de silicium (substrats : D = 34 cm2/s, τ B = 1 μs; couches : D = 1 cm 2/s, τB = 40 ns) et d'excitation lumineuse (δ = 0,4 à 100 ns; λ = 1,06,0,91,0,69 ou 0,51 μm; valeurs numériques de Δ n, N calculées pour g0 = 1021 cm-3 s-1).

PACS
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7240 - Photoconduction and photovoltaic effects: photodielectric effects.

Key words
carrier density -- photoconductivity -- transient photoconductivity responses -- carrier surface recombination -- excitation conditions -- excess carrier distribution -- diffusion coefficient -- bulk lifetime -- light pulse duration -- absorption coefficient -- decay time constant -- Si