ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетические явления в полупроводниках из "Электротехнические материалы " В отсутствие внешнего поля свободные электроны и дырки находятся в равновесном состоянии и совершают (при температуре ТфО К) хаотическое движение в объеме полупроводника, средняя тепловая скорость носителей заряда и велика (например, при Т = 300 К1) м/с). [c.59] Электроны и дырки испытывают рассеяние, т. е. изменяют направление и скорость своего движения при столкновениях с узлами кристаллической решетки, дефектами решетки, атомами примесей. В результате рассеяния устанавливается равновесное их распределение, при этом средняя скорость движения носителей заряда о = О в любом направлении. [c.59] В реальных кристаллах средняя скорость и пропорциональна напряженности поля Е, т. е. [c.59] Рр - подвижность дырок р - концентрация дырок. [c.59] Подвижность носителей заряда зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются температура Г, концентрация примесных атомов N и напряженность электрического поля при Е Е . Зависимость подвижности от температуры опреде.чяется механизмом рассеяния носителей заряда. Рассмотрим основные из механизмов рассеяния - на тепловых колебаниях решетки и ионизированных примесях, учитывая, что первый из них является определяющим при высоких, а второй - при низких температурах. [c.60] Время релаксации характеризует скорость установления равновесного состояния в системе, выведенной из этого состояния. Время релаксации т количественно определяется как время, в течение которого разность неравновесной и равновесной концентраций п-щ) уменьшается в е раз (т. е. примерно в 2,72 раза). [c.60] На рис. 3.12, а схематически показано, как происходит рассеяние движущихся носителей заряда на тепловых колебаниях решетки. С повышением температуры возрастает амплитуда тепловых колебаний узлов кристал.лической решетки, более вероятными становятся столкновения носителей заряда с колеблющимися узлами решетки, что и определяет уменьшение подвижности с ростом температуры при высоких температурах. [c.61] Рассеяние на ионизированных примесях. Из всех примесей, содержащихся в полупроводниковом кристалле, наибольшее влияние на рассеяние носителей заряда оказывают ионизированные примеси. Это связано с тем, что кулоновское поле, созданное- такой примесью, действует на большом расстоянии и вызывает отклонение траекторий носителей, движущихся даже сравнительно далеко от атома примеси, как показано на рис. 3.12, б. Величина / при рассеянии на при-месньк атомах должна быть обратно пропорциональна концентрации этих атомов У и не зависеть от температуры, т. е. [c.61] Подвижность электрона Т . Следовательно, при низких температурах, когда основным механизмом является рассеяние на ионах примесей, подвижность носителей заряда пропорциональна Т в невырожденных полупроводниках. Качественно этот результат иллюстрируется рис. 3.12, б. Чем выше температура, тем быстрее движутся носители заряда и тем меньше они изменяют траекторию своего движения при взаимодействии с ионами примеси. [c.61] При заданной температуре концентращы носителей заряда и электрическая проводимость собственного полупроводника определяются шириной его запрещенной зоны Wg. [c.63] На рис. 3.15 показаны кривые температурной зависимости а/ас для кре.м-ния, содержащего различные качества примеси. Точка а соответствует температуре истощения примеси, точка б - температуре ионизации, при которой примесный полупроводник превращается в собственный. [c.64] Различают низкий и высокий уровни возбуждения полупроводника. При низком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда много меньше концентрации основных носителей, но может значительно превышать концентрацию неосновных носителей. При высоком уровне возбуждения концентрация избыточных носителей заряда значительно выше равновесных. [c.64] После прекращения воздействия внешнего фактора, вызывающего генерацию избыточных носителей заряда, их концентрации из-за рекомбинации быстро уменьшаются и достигают равновесных значений. Скорость, с которой протекает рекомбинация, определяется временем жизни неравновесных носителей заряда т. [c.65] Знак у диффузионной составляющей плотности тока дырок указывает на то, что направление диффузионного тока противоположно градиенту их концентрации. [c.65] Электрон удерживается в твердом теле за счет электростатических сил. Для преодоления этих сип и выхода за пределы твердого тела электрону необходимо совершить некоторую работу. [c.65] Пусть 1 а есть минимальная энергия, обладая которой электрон может покинуть твердое тело. При этом скорость его вне твердого тела равняется нулю. [c.66] Работой выхода называют работу, которая необходима для перевода электрона с уровня Ферми на уровень Ц а (рис.3.16). Уровень Ферми в качестве исходного выбран не случайно. Если, например, из металла удалить электроны с энергией, лежащей ниже уровня Ферми, то электроны, обладающие большей энергией, будут переходить на освободившиеся лежащие ниже уровни и металл будет нагреваться за счет освободившейся энергии, т. е. часть работы пойдет на нагрев металла. Если удалить электроны с энергией, лежащей выше уровня Ферми, то при этом равновесие электронов также будет нарушено и часть освободившихся уровней займут электроны, обладающие меньшей энергией. В процессе этого металл охладится и часть работы по удалению электрона из металла будет совершена за счет его внутренней энергии. [c.66] ХОТЯ 3 невырожденных полупроводниках на этом уровне нет ни одного электрона. [c.66] На рис. 3.16 показана работа выхода из собственного, электронного и дырочного полупроводников. Из рисунка видно, что работа выхода из полупроводника, легированного акцепторной примесью, больше, чем легированного донорной примесью. [c.66] Вернуться к основной статье