Концентрация носителей в полупроводниках неосновных

Вывести закон действующих масс для концентраций основных и неосновных носителей в полупроводнике, предполагая, что для носителей тока в зоне проводимости и в валентной зоне, так же как для классических свободных частиц, применима статистика Максвелла — Больцмана и что функция плотности состояний параболическая для обеих зон. Эффективные массы т% (для электронов) и т р (для дырок) считать известными и постоянными. [c.77]

Донор — это структурный дефект в кристаллической решетке полупроводника, способный отдавать электроны в зону проводимости или другим примесным центрам. Доноры, отдавая электроны, не участвующие в образовании химической связи, в зону проводимости, увеличивают концентрацию свободных электронов и уменьшают концентрацию дырок.В полупроводнике, содержащем донорные примеси, электрический ток переносится преимущественно электронами (электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными), обусловливая примесную электронную проводимость. Такой полупроводник называется полупроводником я-типа. [c.117]

Если известны концентрации основных носителей заряда, то можно вычислить концентрации неосновных носителей в примесных полупроводниках, воспользовавшись соотношением [c.58]

Модели полупроводников с электронной и дырочной электропроводностью представлены на рис. 3.17, а. Основные носители заряда в полупроводнике п-типа - электроны - на рисунке обозначены знаком минус. Ионизированные атомы донорной примеси, будучи структурными элементами, не принимают участия в электропроводности. На рисунке они обозначены знаком плюс в кружке. Дырки, которые в электронном полупроводнике также имеют место,на рисунке не изображены, потому что они являются неосновными носителями заряда и концентрация их по сравнению с концентрацией электронов невелика. Аналогичные обозначения сделаны и для дырочного полупроводника. [c.67]

Рассмотрим две отдельно взятые области электронного и дырочного полупроводников, показанные на рис. 8.9, а. Основные носители заряда в полупроводнике /г-типа — электроны (на рис. 8.9,а обозначены знаком минус), а в полупроводнике р-типа—дырки (на рис. 8.9, а обозначены знаком плюс). Ионизированные атомы донорной и акцепторной примеси обозначены соответственно знаками плюс и минус в кружочках. Неосновные носители в электронном и дырочном полупроводниках не обозначены, так как их концентрация очень мала в сравнении с концентрацией основных носителей. [c.280]

Помимо основных, полупроводники содержат всегда и неосновные носители, появляющиеся в результате межзонной тепловой генерации донорный полупроводник — дырки, дырочный полупроводник — электроны. Концентрация их, как правило, значительно ниже концентрации основных носителей. Легко установить связь между ними. Для этого рассмотрим невырожденный полупроводник, например, донорного типа. Основными носителями в нем являются электроны. Их концентрация описывается формулой (6.7). Неосновными носителями являются дырки, концентрация которых определяется формулой (6.8). Умножая (6.7) на (6.8), получаем [c.170]

Таким образом, произведение равновесных концентраций основных и неосновных носителей заряда в данном полупроводнике равно квадрату концентрации собственных носителей в этом полупроводнике. Это важное соотношение, широко используемое в теории полупроводников, называют законом действующих масс, [c.171]

ОТ концентрации основных носителей и определяется временем захвата неосновных носителей (дырок) Трд. Это легко понять, обратившись к рис. 6.10, д и 6.11, а. В сильно легированном полупроводнике п-типа уровень Ферми располагается выше уровня ловушек л. Поэтому все ловушки оказываются заполненными электронами, и пока не освободится хотя бы одна из них, электрон из зоны проводимости не может быть захвачен ловушкой. Зато, как только ловушка освободится, т. е. как только она захватит дырку, она мгновенно будет занята одним из электронов зоны проводимости, которых в полупроводнике п-типа очень много, и акт рекомбинации произойдет. Именно поэтому в полупроводнике п-типа время жизни определяется временем захвата дырки Тро, полностью заполненным рекомбинационным уровнем Ел (ловушками). [c.177]

В сильно легированном полупроводнике р-типа (рис. 6.11, в) уровень Ферми расположен вблизи валентной зоны (рис. 6.10, а, область IV), поэтому концентрация дырок в валентной зоне велика и почти все ловушки пустые. В этом случае время жизни электронно-дырочной пары определяется захватом электронов (концентрация которых мала) на уровень ловушки как только электрон будет захвачен ловушкой, она мгновенно заполнится одной из дырок, число которых велико. Время жизни будет определяться временем захвата электрона на пустые ловушки т о- Как и в материале п-типа, время жизни электронно-дырочных пар контролируется временем захвата неосновных носителей. [c.177]

При высокой плотности поверхностного заряда, по знаку совпадающего со знаком основных носителей, расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике п-тнпа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости, вследствие чего концентрация неосновных носителей заряда (дырок) у поверхности полупроводника становится выше концентрации основных носителей и тип проводимости этой области изменяется. Это явление получило название инверсии, а слои, в которых оно наблюдается, называется инверсионными слоями (они показаны на рис. 8.31, б, д). [c.247]

Распределение концентрации неравновесных неосновных носителей (дырок в полупроводнике л-тппа) в отсутствие внеш. полей описывается ур-нием диффузии [c.690]

Основные и неосновные носители заряда. Те носители, концентрация которых в данном полупроводнике больше, носят название основных, а те, концентрация которых меньше, — неосновных. Так, в полупроводнике /г-типа электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными. В полупроводнике /7-типа основные носители — дырки, а неосновные — электроны. [c.326]

Вышеприведенные формулы относились к полупроводникам резко выраженного р- или п-типов, у которых концентрация неосновных носителей пренебрежимо мала по сравнению с концентрацией основных носителей. Если концентрация неосновных носителей такова, что они начинают заметно влиять на движение частиц в полупроводнике, находящемся в магнитном поле, то необходимо учитывать оба типа носителей. Расчет коэффициента Холла с учетом двух типов носителей получается более сложным [c.331]

Под диффузионной длиной понимают расстояние, на котором при одномерной диффузии в полупроводнике в отсутствие электрического и магнитного полей избыточная концентрация неосновных носителей заряда, возникшая под действием внешнего возбуждения, уменьшается вследствие. рекомбинации в 2,7 раза. [c.342]

Введение в полупроводник доноров или акцепторов увеличивает соответствующую электропроводность приблизительно в 1000 раз. В полупроводниках п-типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными, в полупроводниках 7-типа — наоборот. При повышении температуры изменяются параметры полупроводника в результате увеличения концентрации неосновных носителей заряда из-за разрушения парно-электронных связей. [c.164]

Акцептор — структурный дефект в кристаллической решетке полупроводника, способный присоединять к себе электроны из валентной зоны или с других примесных центров. Акцепторы, захватывая электроны из валентной зоны, увеличивают концентрацию дырок и уменьшают концентрацию свободных электронов. В полупроводнике, содержащем акцепторные примеси, электрический ток переносится преимущественно дырками (основными носителями заряда в нем являются дырки, а неосновными — электроны), обусловливая примесную дырочную проводимость. Такой полупроводник называется полупроводником р-типа. [c.117]

Следует обратить внимание на тот факт, что в электронном примесном полупроводнике концентрация неосновных носителей заряда — дырок даже меньше, чем г. собственном прн той же температуре. Это на первый взгляд непонятное явление можно объяснить следующим образом. В условиях теплового равповесия процессы тепловой генерации пар уравновешиваются процессами рекомбинации. В собственном полупроводнике скорость рекомбинации будет пропорциональна произведению концентраций заряда. Введение донорной примеси приводит к увеличению концентрации электронов в нем (/ >/г,), но не изменяет скорости рекомбинации, так как в условиях теплового равновесия скорость тепловой генерации остается постоянной при постоянной темпера- [c.22]

При мгновенном переключении диода с прямого на обратное направление ( 2 на рис. 8.18, б) обратный ток в начальный момент будет очень высоким, так как высокой является концентрация неосновных носителей на границах 2 и / (кривая I, рис. 8.18, г) он ограничивается фактически сопротивлением г пассивных областей диода (полка 2 на рис. 8.18, в). С течением времени избыточные неосновные носители у границ J и 2 постепенно рассасываются за счет перехода их в соответствующие области полупроводника и за счет рекомбинации, градиент концентрации, обусловливающий диффузию их к этим границам, падает (кривые 2, 3, 4, рис. 8.18, г) и обратный ток уменьшается (рис. 8.18, б). За время, примерно равное Тр для дырок и т для электронов, устанавливается стационарное распределение неосновных носителей у границ р—п-перехода (кривая 5, рис. 8.18, г) и обратный ток достигает своей нормальной величины Is (рис. 8.18, б). [c.231]

В объеме полупроводника возникают пары элементарных подвижных носителей электрических зарядов отрицательных — свободные электроны и положительных — дырки. Электронным полупроводником (полупроводником типа п) называется такой полупроводник, в котором концентрация свободных электронов преобладает над концентрацией дырок. Электроны в этом случае являются основными носителями зарядов, а дырки — неосновными. Донорами называются примесные атомы, которые вводятся в чистый полупроводник (пятивалентные атомы мышьяка, сурьмы, фосфора и др.) для получения избытка электронов. Дырочным полупроводником (полупроводником типа р) называется полупроводник, в котором концентрация дырок преобладает над концентрацией электронов. Акцепторами называются примесные атомы, которые вводятся в чистый полупроводник (трехвалентные атомы индия, алюминия, галлия и др.) для создания избытка дырок. Дырки в этом случае являются основными носителями зарядов. [c.348]

Здесь е — заряд электрона 0 , р — коэффициенты диффузии электронов в р-полупроводнике и дырок в л-полупроводнике Пр и Рп — концентрации неосновных носителей р — диффузионные длины пробегов носителей, т. е. длины путей, которые свободно могут пройти носители с вероятностью е Ч 0,ЗЬ) к — постоянная Больцмана Т — температура. [c.223]

При комнатной температуре /г, для германия порядка 10 м" , для кремния — 10 м" . Из (8.14) и (8.15) следует, что произведение равновесных концентраций основных и неосновных носителей заряда в выбранном полупроводнике при заданной температуре является величиной постоянной, равной квадрату концентрации электронов (или дырок) в собственном полупроводнике при этой же температуре. Это произведение не зависит от степени легирования полупроводника при отсутствии вырождения. [c.59]

Важным параметром полупроводниковых материалов является также диффузионная длина Ь — расстояние, на котором в однородном полупроводнике при одномерной диффузии в отсутствие электрического и магнитного полей избыточная концентрация неосновных носителей заряда уменьшается вследствие рекомбинации в е раз. Диффузионная длина неосновных носителей заряда является важной характеристикой полупроводника, зависяш,ей от наличия в нем примесей и совершенства кристаллической решетки. Для германия и кремния эта величина указывается в паспорте (см. табл. 14.2). [c.63]

Предположим, что дырочная и электронная области достаточно длинны, чтобы неравновесные неосновные носители заряда могли полностью рекомбинировать при своем движении от перехода в глубь полупроводника, так что концентрация неосновных носителей заряда достигнет своей равновесной величины. Таким образом, [c.39]

Удобно равновесные концентрации носителей обозначать так по. Рпо—концентрация электронов (основных носителей) и дырок (неосновных носителей) в полупроводнике п-типа Рр , ripQ — концентрация дырок (основных носителей) и электронов (неосновных носителей) в полупроводнике р-типа. В этих обозначениях соотношение (6.29) перепишется следующим образом [c.170]

Избыток электронов и дырок, временно образовавшийся в полупроводнике под действием излучения, увеличивает электропроводность материала а. В равновесном состоянии в полупроводниках скорости ионизации и рекомбинации электронов равны. Равновесные концентрации электронов пи дырокр, определяемые только температурой материала, связаны соотношением пр = п, которое означает, что концентрации основных и неосновных носителей независимы друг от друга, так как для данного материала при данной температуре величина щ постоянна. Электропроводность в этом случае определяется выражением [c.311]

Рассмотрим, какими процессами, протекающими в р—/г-переходе, определяется этот параметр. На рис. 8.17, а схематично показано распределение основных и неосновных носителей в р- н -областях полупроводника при равновесном состоянии р—и-перехода. При подаче на диод прямого смещения V потенциальный барьер перехода понижается на величину qV и поток основных носителей через р—п-переход увеличивается в ехр qVIkT) раз, вследствие чего концентрации дырок у границы 2 /г-области и электронов у гра- [c.229]

Такая же картина наблюдается и в р-области положительный заряд притянутых дырок экранирует отрицательный заряд инжектнро ванных электронов. Поэтому избыточные дырки и электроны, инжектированные соответственно в п- и в р-области, не создают в них нескоыпенсированных объемных зарядов, которые своим полем могли бы препятствовать движению неосновных носителей в объем полупроводника. Перемещение этих носителей в глубь полупроводника осуществляется исключительно путем диффузии, скорость которой пропорциональна градиенту концентрации дырок dpjdx в п-облас-ти и градиенту концентрации электронов йп йх в р-области. [c.231]

Инжекция неосновных носителей происходит при подаче прямого смещення на р — п-переход, гетеропереход или контакт металл — полупроводник вследствие уменьшения разности потенциалов на контакте. Инжектированные неосновные носители проникают в полупроводник на глубину, определяемую рекомбинацией она по порядку величины совпадает с диффузионной длиной в слабых внеш. нолях и с дрейфовой длиной (см. Дрейф носителей заряда) в сильных полях. Инжекция неосновных носителей лежит в основе действия полупроводникового диода, транзистора и др, полупроводниковых приборов. Изучение стационарных и переходных процессов И. н. з. позволяет исследовать подвижности носителей, а также определить концентрации, энергетич. положения и сечения захвата примесных центров в высокоомных полупроводниках и диэлектриках. Прохождение инжекционных токов является одним из механизмов переноса заряда в тонких диэлектрич. плёнках. [c.148]

В зависимости от кол-ва и вида примесей соотношение между концентрациями электронов и дырок может быть разным (си. ниже). Частицы, представленные в большинстве, ваз. осн. носителями заряда, в меньшинстве — неосновными. Дозиров. введение примесей позволяет получать П. с требуемыми свойствами (см. Легирование полупроводников). [c.38]

Нелегированный a-Si H имеет большую фотопроводимость в видимой области спектра. Фоточувствительность (отношение фотопроводимости к темновой проводимости) составляет 10 ... 10 . При легировании фотопроводимость возрастает, а фоточувствительность уменьшается. Аналогичные закономерности наблюдаются и в твердых растворах на основе a-Si H, которые обладают меньшей фотопроводимостью и фоточувствительностью, чем сам гидрированный кремний. При температурах выше комнатной основными центрами рекомбинации неосновных носителей заряда в аморфных гидрированных полупроводниках являются оборванные связи, концентрация которых в твердых растворах всегда больше, чем в a-Si H. Ширина оптической запрещенной зоны в аморфных гидрированных полупроводниках возрастает по мере увеличения концентрации в них водорода, и для a-Si H она составляет 1,6...1,8эВ. Введение в пленки a-Si H германия позволяет уменьшить эту величину до 1,0 эВ, а введение углерода и азота увеличить ее до значений 2,5...3,2эВ и 5 эВ соответственно. [c.103]

Действие фотоэлементов основано на появлении фото-э. д. с.—так называемом вентильном фотоэффекте, сущность которого заключается в следующем. Под влиянием поглощения световой энергии в полупроводнике будут возникать неосновные носители, электроны и дырки, которые будут переноситься через имеющийся в фотоэлементе запорный слой, создавая на электродах фото-э. д. с. Одновременно с ростом концентрации электронов в л-зоне и дырок в р-зоне будет усиливаться создаваемое ими внутреннее поле обратного знака таким образом установится равновесная концентрация зарядов. Широко применяемый селеновый фотоэлемент устроен следующим образом на металлический электрод нанесен слой селена, сверху которого расположен запорный слой р—п-перехода, покрытый тонким слоем золота, образующим полупрозрачный электрод, пропускающий внешний световой поток. На этом электроде под влиянием освещения создается отрицательный, а на нижнем положительный заряды (рис. 7-7). Чувствительность селеновых фотоэлементов составляет 500 мка/лм, серноталлиевых — [c.331]

Интенсивность Р. л. определяется произведением концентраций и j рекомбинирующих партнеров. Поэтому для нее характерен быстрый начальный спад яркости после прекращения возбуждения, переходящий в медленно затухающее слабое послесвечение, продолжающееся иногда в течение многих часов. В простейшем случае, когда i = с , и все акты рекомбинации приводят к иснусканшо света, спад яркости описывается ф-лой I = / /(I + at) , где 1ц — яркость в момент прекращения возбуждения, i — время и я — постоянная, зависящая от природы спстемы и от интенсивности возбуждения (с ростом интенсивности а возрастает). Если же с , как, напр., при рекомбинации неосновных носителей заряда в полупроводнике, то затухание идет по закону I Iц ехр (—г/т), где т — время жизни неосновных носителей. Однако в реальных системах такие простые законы наблюдаются редко пз-за различных осложняющих обстоятельств, хотя общий характер затухания большей частью сохраняется. Так, в полупроводниках суш,е-ствуют разного рода ловушки, на к-рых электроны и дырки могут задерживаться весьма длительное время. Это приводит к задержке затухания и к зависимости скорости затухания от темп-ры, поскольку для освобо- кдения зарядов из ловушек требуется энергия активации. Кроме того, если, включив возбуждение, начать нагревать кристаллофосфор, то освобождение электронов из ловушек может настолько ускориться, что яркость Р. л. будет в течение нек-рого времени возрастать (т е р м о в ы с в е ч и в а н и е см. Высвечивание люмшюфоров). С другой стороны,. эти ловушки сами могут служить центрами рекомбинаций, причем нек-рые из них могут и но испускать при [c.405]

Б. Ограничение неосновных носителей в двойной гетероструктуре. Ниже будет рассматриваться структура, которая играет значительную роль при разработке оптических источников. Два гетероперехода используются в ней для создания двух слоев узкозонного материала, раС1Юложенных между слоями широкозонного полупроводника. Схематично такая структура представлена на рис. 9.8. Она и называется двойной гетероструктурой. На рис. 9.9 1юказана соответствующая схема энергетических уровней. В области 1 устанавливается более высокая и однородная концентрация неосновных носителей и более высокая скорость рекомбинации. Это схематически иллюстрируется рис. 9.10. [c.244]

ОСНОВНЙЕ И НЕОСНОВНЫЕ НОСИТЕЛИ заряда в полупроводниках, электроны проводимости в полупроводниках д-типа и дырки в полупроводниках р-типа. В невырожденном собственном ПП равновесные концентрации эл-нов п и дырок р равны п=р щ= [c.503]

ЭКСТРАКЦИЯ НОСЙТЕЛЕЙ ЗАРЯДА в полупроводниках, обеднение приконтактной области ПП неосновными носителями заряда нри протекании тока через контакт ПП с металлом (см. Шотки барьер) или др. полупроводником (см. Электронно-дырочный переход. Гетеропереход) при запорном направлении приложенного напряжения и (плюс на п-области). Уменьшение концентрации А г неосновных носителей по сравнению с равновесной /г изменяется с расстоянием X до контакта экспоненциально [c.862]

В примесном полупроводнике носители заряда, обусловленные преобладающей примесью, называются основными носителями заряда. В электронном полупроводнике основными носителями заряда будут электроны, в дырочном — дырки. Дырки, присутствующие в электронном нолуироводпике, но не играющие основной роли в проводимости, называются неосновными носителями заряда. Соответственно в дырочном полупроводнике неосновными носителями заряда будут электроны. При любой температуре виутри электронного полупроводникового кристалла имеется как прямой переход электронов с донорных атомов и из ковалентных связей в свободное состояние, так и обратный. В результате устанавливается некоторое динамическое равновесие, обусловленное тепловым движением. Концентрации основных и неосновных носителей заряда при условии [c.21]

Устройство, состоящее из двух полупроводников различной проводимости, называется полупроводниковым диодом. Первый квадрант вольт-амперной характеристики полупроводникового неуправляемого диода (рнс. 41) характеризует работу диода в прямо.ч направлении при этом приложенное к диоду напрн >кение в прямом направлении 6 р = С , вызывает увеличение прямого тока / р через р —/1-переход. Третий квадрант характеризует работу диода в обратном направлении, когда прн изменении полярности напряжения питания иоо = Ь пт проводимость р — -перехода уменьщается и через него протекает обратный ток / бр. Обратный ток зависит от температуры окружающей среды и приложенного обратного напряжения. При достижении равенства обратного напряжения 11об, напряжению пробоя ищ.ой в р — / -переходе полупроводникового диода происходит увеличение выделяемой мощности. Это приводит к увеличению его температуры и повышению концентрации неосновных носителей, что вызывает резкое увеличение значения обратного тока /о-з и пробой диода. Значение максимального обратного напряжения диода О с.ср а, приведено в паспортных данных на полупроводниковые диоды оно составляет 60 % напряжения пробоя (Урроб при заданной температуре окружающей среды. [c.53]

Поскольку молярные доли х арсенида алюминия рачлнчиы с каждой стороны гетероперехода, для каждого полупроводника должны использоваться свои значения величин Мс и Для приведенного на рис. 4.3.11, а примера с р==ЫО см , М = ==1,5 10 см- и х = 0,3 зависимость коицентрации основных носителей от расстояния имеет вид, изображенный на рнс. 4.5.1, При увеличении в обедненной области разности Еу — илн Ес — Рс концеитраиии носителей быстро уменьшаются. Концентрация неосновных носителей-—электронов с р-стороны Пр, и концентрация неосновных носителей — дырок с Л -стороны Рлг, при тепловом равновесии равны [c.273]

От приложенного напряжения зависит не только проводимость, но и электрич. ёмкость Э.-д. п. Действительно, повышение потенц. барьера при обратном смещении означает увеличение разности потенциалов между п- и р-областями полупроводника, и, отсюда, увеличение их объёмных зарядов. Поскольку объёмные заряды неподвижны и связаны с ионами доноров и акцепторов, увеличение объёмного заряда может быть обусловлено только расширением его области и, следовательно, уменьшением электрич. ёмкости Э.-д, п. При прямом смещении к ёмкости слоя объёмного заряда (наз. также зарядной ёмкостью) добавляется т, н. д и ф-фузионная ёмкость, обусловленная тем, что увеличение напряжения на Э.-д. п. приводит к увеличению концентрации основных и неосновных носителей, т. е. к изменению заряда. Зависимость ёмкости от приложенного напряжения позволяет использовать Э.-д. п. в качестве параметрич. диода (варактор а) — прибора, ёмкостью к-рого можно управлять, меняя напряжение смещения. [c.882]

Соотношения (1-34) и (1-35) для граничных величин концентраций инжектированных носителей заряда показывают, что концентрация ин кектироваииых электронов и дырок зависит только от проводимости области, в которую производится инжекция, и от напряжения на р-п-переходе (если пренебречь падением напряжения в толще полупроводников вследствие его малости). Граничные значения концентраций, инжектированных носителей заряда не зависят от размеров соответствующей области и от условий внутри переходной области, которая предполагается малой. При малых уровнях инжекции концентрации инжектированных неосновных носителей заряда малы по сравнению с концентрацией основных носителей заряда. Так как справедливо условие электрической нейтральности, то концентрация основных носителей заряда увеличивается на малую величину, равную концентрации инжектированных носителей заряда, т. е. практически остается неизменной. [c.39]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...