Temporäre Störung des thermodynamischen Gleichgewichts
In einem Halbleiter werden bei Temperaturen T>0 ständig Elektron-Loch Paare durch thermische Generation erzeugt; gleichzeitig rekombiniert die gleiche Anzahl von Elektron-Loch Paaren, so dass sich ein - temperaturabhängiges - Gleichgewicht, das so genannte thermodynamische Gleichgewicht (TGG) einstellt. Durch Injektion zusätzlicher Ladungsträger oder Lichteinstrahlung kann dieses Gleichgewicht jedoch gestört werden.
Das folgende Applet zeigt das Verhalten einer Halbleiterprobe bei einer Störung des TGGs durch Lichteinstrahlung und den anschließenden Ausgleichsvorgang. Der Anschaulichkeit halber werden in dem Halbleiter nur die durch die Lichteinstrahlung zusätzlich generierten Ladungsträger dargestellt.
Man sieht:
- Bei ausgeschaltetem Licht befinden sich in der Halbleiterprobe keine zusätzlichen Elektron-Loch Paare; die Trägerdichten n, p entsprechen den Gleichgewichtsdichten n0, p0.
- Nach dem Einschalten des Lichts erhöht sich durch die zugeführte Energie die Generationsrate, d.h. es werden zusätzliche Elektron-Loch Paare gebildet: Die Trägerdichten n und p steigen um den jeweils gleichen Betrag an.
- Da mit zunehmender Ladungsträgerdichte n, p auch die Rekombinationsrate R steigt (R ~ n*p), stellt sich nach einiger Zeit ein neuer Gleichgewichtszustand ein, in dem genauso viel Ladungsträgerpaare generiert werden wie durch Rekombination verschwinden.
- Wird das Licht wieder ausgeschaltet, werden keine zusätzlichen Ladungsträger mehr generiert und nach einiger Zeit wird der ursprüngliche Gleichgewichtszustand (TGG) wieder erreicht.
- Die Zeitkonstante, mit der der Ausgleichsvorgang erfolgt, ist die Lebensdauer der Minoritätsträger.