Ladungsträgererzeugung

Ladungsträgererzeugung bezeichnet die Bildung von Elektron-Loch-Paaren in einem Festkörper, insbesondere in Halbleitern. Sie ist der Ausgangspunkt der Ladungsträgerdynamik und maßgeblich für die Funktion vieler elektronischer und optoelektronischer Bauelemente.

Die Erzeugung kann auf verschiedene Weisen erfolgen: optische Erzeugung durch Absorption von Photonen mit Energie größer oder gleich der Bandlücke, wodurch Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband angeregt werden und Elektron-Loch-Paare entstehen; thermische Erzeugung durch Wärmeenergie, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, die intrinsische Träger generiert; Stoßionisation durch hochenergetische Carrier, bei der zusätzliche Paare erzeugt werden; defekt- oder trap-gestützte Erzeugung durch Defekte oder Impuritäten; sowie elektrische Injektion unter Betriebsbedingungen in Bauelementen, die ebenfalls zur Erzeugung von Ladungsträgern beitragen kann.

Die Erzeugungsrate hängt von der Bandstruktur, der Temperatur, der Dotierung, Defektkonzentrationen und der Art der Anregung ab. In vielen Anwendungen wird die räumliche Verteilung der Erzeugung durch Absorptionskoeffizienten und Beleuchtungsprofil beschrieben, häufig als G(x) in einer Absorberschicht.

In Solarzellen, Detektoren und anderen lichtempfindlichen Bauelementen bestimmt die Ladungsträgererzeugung maßgeblich die Effizienz der Energieumwandlung oder Empfindlichkeit; sie setzt zudem Rekombination und Transportprozesse in Gang. Die Analyse der Erzeugung ist ein zentraler Bestandteil von Halbleiter-Transportmodellen und Simulationswerkzeugen.