Ударная ионизация

Уда́рная иониза́ция — физическая модель, описывающая ионизацию атома при «ударе о него» электрона или другой заряженной частицы — например, позитрона, иона или «дырки». Явление наблюдается как в газах, так и в твёрдых телах, например в полупроводниках.

В полупроводниках электрон или дырка, обладающие достаточно высокой кинетической энергией (по крайней мере превосходящей ширину запрещённой зоны), могут ионизовать кристалл и создать в нём электронно-дырочную пару. В состояния с высокой энергией носители заряда попадают в сильном электрическом поле, а также при поглощении фотона или при инжекции (через туннельный барьер или гетеропереход с разрывом зон на границе).

Количественные характеристики

Для количественного описания ионизации в сильном поле [math]\displaystyle{ F }[/math] служит коэффициент ударной ионизации (см^-1)

[math]\displaystyle{ \alpha_{ii} = a\,\exp(-b/F),\quad a = {\rm const},\,\, b = {\rm const} }[/math].

Он задаёт число ионизаций, осуществляемых одним электроном, дыркой или другой частицей на единичном пути, и играет роль показателя интенсивности размножения. Символы [math]\displaystyle{ ii }[/math] означают англ. impact ionization.

При моделировании, особенно методом Монте-Карло, поведения высокоэнергетичных носителей используют темп ударной ионизации [math]\displaystyle{ \tau_{ii}^{-1} }[/math] (с^-1) как функцию энергии. Темп — это обратное характерное время до соответствующего события, в данном случае до акта ионизации.

Мерой ударной ионизации может также выступать квантовый выход [math]\displaystyle{ P_{ii} }[/math] — среднее число ионизаций, совершаемых частицей при движении в рассматриваемой области, например от инжекции до полной релаксации по энергии.

См. также

• Лавинный пробой

Литература

• Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб.: Лань, 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1.
• А. И. Лебедев. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Физматлит, 2008. — 488 с. — ISBN 978-5-9221-0995-6.