16. Примесные полупроводники

Концентрация равновесных носителей заряда зависит от положения уровня Ферми. В электронном полупроводнике концентрация электронов в основном обусловлена переходом электронов с энергетических уровней εd на энергетические уровни зоны проводимости. Поэтому концентрация nn должна быть равна концентрации ионизированных доноров:

Таким образом, при любой концентрации примесей произведение концентраций электронов и дырок остается постоянной величиной.

В

дырочном полупроводнике концентрация дырок в основном обусловлена переходом электронов с энергетических уровней валентной зоны на энергетический уровень акцепторов. Поэтому концентрация дырок должна быть равна концентрации ионизированных примесей, то ест

17. В электрическом поле Е на носители заряда с эффективной массой m∗ действует сила F=q⋅E, которая сообщает ему ускорение a= F/m∗ = qE/m∗. За время движения без столкновений с ионами решетки или дефектами носитель заряда приобретает скорость:

где τ – время свободного пробега электронов или дырок, µ – подвижность носителей, определяемая как скорость в единичном электрическом поле.

Направленное движение носителей в приложенном электрическом поле представляет собой электрический ток, также называемый дрейфовым током. Учитывая то, что перемещаются как электроны, так и дырки, плотность дрейфового тока можно представить в виде:

где σ = q( + ) – удельная электропроводность полупроводника.

Плотность тока будет пропорциональна градиенту концентрации подвижных носителей (dn/dx или dp/dx); соответственно плотность диффузионного тока для электронов может быть представлена как:

а плотность диффузионного тока дырок вследствие изменения знака заряда носителей запишется как:

где и – коэффициенты диффузии соответственно для электронов и дырок.

К

оэффициенты диффузии, подобно подвижностям µ, характеризующим дрейфовое движение, отражают способность электронов и дырок к перемещению. Связь между коэффициентами диффузии и подвижностями определяется соотношением Эйнштейна:

Температурные зависимости подвижности электронов ( , сплошные линии) и дырок ( , пунктирные линии) в Si. Параметр - концентрация электронов (Nd) и дырок (Na).

18. Неравновесные носители заряда

Неравновесное состояние полупроводника возникает под влиянием каких-либо внешних воздействий, в результате которых концентрация носителей заряда в полупроводнике может измениться. Такими внешними воздействиями могут быть облучение светом, ионизирующее облучение, воздействие сильного электрического поля и ряд других. В результате подобных воздействий в полупроводнике помимо равновесных носителей заряда, образующихся вследствие ионизации примесных атомов и тепловой генерации, появляются дополнительные носители заряда, которые называют неравновесными, или избыточными. В результате подобных воздействий в полупроводнике помимо равновесных носителей заряда, образующихся вследствие ионизации примесных атомов и тепловой генерации, появляются дополнительные носители заряда, которые называют неравновесными, или избыточными.

19. Движение электрона во внешнем электрическом поле можно показать на картине зон. Погоризонтальной оси отложим координату x электрона, а по вер тикали – значение энергии электрона E при движении его в периодическом поле частиц кристалла. Энергетические уровни изобразим горизонтальными линиями.

Эффект Ганна: Сущность его заключается в появлении высокочастотных колебаний электрического тока при воздействии на полупроводник постоянного электрического поля высокой напряжённости.

В

первые эффект Ганна наблюдался в образцах из арсенида галлия GaAs и фосфида индия InP с электропроводностью n - типа. Пороговая напряжённость поля для GaAs составляет 0,3 МВ/м, а для InP - около 0,6 МВ/м. Для объяснения эффекта Ганна необходимо учесть сложное строение зоны проводимости полупроводников, которое не отражают простейшие энергетические диаграммы. Напомним: