3.3.6 Задача темпах генерации и рекомбинации

При подготовке к экзамену Студент в одном из учебных пособий нашел следующее утверждение. «Приравняв нулю скорость тепловой генерации G_n в объеме полупроводника p-типа и учитывая, что скорость тепловой рекомбинации равна , гдеτ_n – время жизни неосновных носителей, а n₀ – равновесная концентрация, получаем, что разница темпов генерации и рекомбинации в уравнении непрерывности будет в точности равна .» Студент знает, что в состоянии равновесияи выполняется закон действующих масс. Значит, рассматриваемый полупроводник находится в неравновесном состоянии. Но можно ли в этом случае занулять темп тепловой генерации? Ведь температура полупроводника не равна абсолютному нулю. Что говорит в этом случае теория Шокли-Рида-Холла и книжка Шалимовой? Помогите Студенту провести физически грамотные рассуждения и найти ошибку в утверждении.

3.3.7 Задача о p-n-переходе в состоянии равновесия

Предполагая, что условия равновесия выполняются, опишите физическую ситуацию, представленную с помощью графической модели, приведенной на рисунке ниже; так же опишите параметры и переменные модели:

Рис. 4.Графическая модельp-n-перехода

Поясните, как распределено электрическое поле в переходе, и чему равна толщина его ОПЗ, как выглядит зонная диаграмма и куда направлены диффузионные и дрейфовые компоненты электронного и дырочного токов?

3.3.8 Задачи о неоднородно легированном полупроводниковом стержне

Предположим, что имеется кремниевый образец в форме одномерного стержня, легированный примесью фосфора. Концентрация примеси в области левого конца полупроводника на несколько порядков выше, чем в области правого конца. Профиль легирования – линейный. Полупроводник находится в равновесном состоянии. Ответьте на следующие вопросы:

• Как выглядит зонная диаграмма полупроводника?

• В какую сторону направлено электрическое поле?

• Куда направлены дрейфовая и диффузионная компоненты электронного токов?

• Почему полный ток будет равен нулю в любой точке структуры?

• Какой профиль распределения имеют дырки?

3.3.9 Задачи о полупроводнике в состоянии равновесия

Кремниевый образец при комнатной температуре в направлении оси Х имеет зонную энергетическую диаграмму, показанную на рис. 6.8. Используя только рисунок и справочные данные, ответьте на следующие вопросы:

Рис. 5.Зонная диаграмма кремниевого полупроводника

• Определите его удельное сопротивление в области х>W/2;

• Нарисуйте распределение потенциала и электрического поля в зависимости от координаты х;

• Объясните, почему образец находится в состоянии теплового равновесия?

• Чему равна плотность электронного и дырочного токов в точке х=0;

• Поясните, почему в точке х=0 текут дрейфовый и диффузионный электронные токи и куда они направлены?

3.3.10 Задача о поле в p-n-переходе

Хорошо известно, что при прямом смещении p-n-перехода в одномерном случае внутреннее и внешнее поля направлены противоположно друг другу. Поясните, можно ли прямым смещением p-n-перехода уменьшить результирующее поле до нуля, т.е. «распрямить» зонную диаграмму до плоского вида?