Тема 5. Вопрос 6. Что такое подвижность носителей зарада и в каких единицах она измеряется?

Ответ:

Подвижность носителей по определению есть их средняя направленная скорость в полупроводнике при напряженности электрического поля Е =1В/см. Как правило, подвижность электронов μ_n всегда больше подвижности дырок μ_р. Это объясняется большей инерционностью дырок (соответствующей инерционности валентного электрона), чем свободного электрона. Наиболее значительно это проявляется у арсенида галлия. Чем больше подвижность, тем больше скорость движения носителей и тем выше быстродействие полупроводникового элемента. Отсюда становится понятным преимущество высокочастотных элементов, изготовленных из электронного арсенида галлия.

Размерность подвижности м²/(В·с) или см²/(В·с). Фактически подвижность численно равна скорости носителей заряда при напряженности электрического поля в 1 В/м.

Тема 2. Вопрос 7. Какими параметрами пользуются на практике для характеристики электропроводности?

Ответ:

Практической мерой электропроводности является удельное сопротивление ρ. В технике различают удельное объемное ρ_V и удельное поверхностное ρ_S сопротивления.

В системе СИ удельное объемное сопротивление ρ_V численно равно сопротивлению куба вещества с ребром 1 м, если ток проходит через объем между противоположными гранями куба и имеет размерность [Ом∙м].

Удельное поверхностное сопротивление ρ_S численно равно сопротивлению квадрата любого размера на поверхности диэлектрика, если ток проходит между противоположными сторонами этого квадрата, и имеет размерность [Ом], [Ом/квадрат], [Ом/□].

Последняя форма записи размерности характерна для проводниковых и полупроводниковых пленок, используемых в микроэлектронике, формируемых как на полупроводниковых, так и на диэлек­трических подложках.

Величина поверхностного сопротивления сильно зависит от состояния поверхности, т.е. влажности, степени загрязнения, окисления. Неполярные диэлектрики слабо адсорбируют влагу, и ρ_S мало зависит от влажности. Ионные диэлектрики – керамика, стекло – гигроскопичны, поэтому для них ρ_S во влажной среде мало. Для устранения влияния влажности и повышения ρ_S керамические и стеклянные детали покрывают влагостойкими кремнийорганическими лаками.

Практическое задание

Задача №8

Рассчитать температуру истощения примеси T_S по величине энергии активации примесных носителей заряда ∆Е_Д, ∆Е_А и концентрации примеси N_Д, N_А, считая, что плотность состояний в зонах N_С, N_В не зависит от температуры.

Варианты материалов, энергий активации проводимости и концентраций примесных атомов:

1. Ge, ∆Е_А = 0,05 эВ, N_А = 2∙10²⁰ м^-3

2. Si, ∆Е_Д = 0,045 эВ, N_Д = 5∙10²³ м^-3.

Вариант 1. Исходные данные: Ge, ∆Е_А = 0,05 эВ, N_А = 2∙10²⁰ м^-3 , N_В = 5∙10²⁴ м^-3 , k = 8,617 эВ К^-1.

Решение:

Температура истощения для акцепторного полупроводника определяется по формуле

где ∆Е_А - энергии активации дырочной проводимости;

N_А – концентрация акцепторной примеси;

N_В - число энергетических уровней, разрешенных для нахождения на них электронов, или эффективная плотность состояний в валентной зоне;

k - посто­янная Больцмана.

Тогда получаем

Ответ: T_S =

Вариант 2. Исходные данные: Si, ∆Е_Д = 0,045 эВ, N_Д = 5∙10²³ м^-3 , N_С = 2,8∙10²⁵ м^-3 , k = 8,617 эВ К^-1.