Туннельная ионизация

Механизм перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости путем туннельного проникновения через потенциальный барьер, сужаемый при наклоне энергетических зон в результате помещения кристалла в электрическое поле, был впервые рассмотрен Зинером (C. Zener), и этот эффект носит его имя. Он получил формулу для вероятности электронного перехода из валентной зоны в зону проводимости за единицу времени.

Где Е- величина напряжения электрического поля, - эффективная масса электрона, - ширина запрещенной зоны, d- период кристаллической решетки, h – постоянная Планка.

В кристаллической решетке происходят тепловые колебания. Если электрон при туннельном переходе поглощает квант этого колебания - фонон, то он приобретает его энергию, что эквивалентно понижению на эту энергию высоты потенциального барьера. Чем больше поглощается фононов, тем сильнее это понижение барьера. Поэтому, несмотря на то что вероятность поглощения нескольких фононов гораздо меньше, чем одного, эффективнее могут оказаться туннельные переходы с участием многих фононов. Туннельный переход с участием многих фононов теоретически исследован Л.В. Келдышем. В этом случае формула для вероятности ионизации выглядит совершенно иначе, чем формула Зинера: при ,

Где a – постоянная величина.

Однако межзонного туннелирования, как чистого, так и с участием фотонов, в однородных широкозонных полупроводниках не наблюдалось. Оно имеет место в структурах с потенциальными барьерами, например в p-n-переходах.