Материал: Презентация лекции ФОМиНЭ 2
Раздел 2.
Физические основы элементной базы полупроводниковой электроники
Электропроводность полупроводников. Проводимость и подвижность носителей.
По закону Ома плотность тока в собственном полупроводнике равна
= ,
где – напряженность электрического поля, – удельная собственная
проводимость полупроводника.
Дрейфовая скорость носителей заряда в полупроводнике, как и в проводнике пропорциональна напряженности электрического поля
= ,
где называется подвижностью носителей заряда.
Используя понятие подвижности, плотность тока в полупроводнике можно записать в виде
где выражение в скобках общая удельная проводимость электронов и дырок.
11
Раздел 2.
Физические основы элементной базы полупроводниковой электроники
Электропроводность полупроводников. Проводимость и подвижность носителей.
Собственная концентрация электронов проводимости определяется вероятностью заполнения электронами состояний в зоне проводимости, которая описывается функцией Ферми – Дирака,
f E |
1 |
|
. |
|
|
|
|
||
|
E EF |
|
||
|
|
|
|
|
|
e kT |
1 |
||
Для низкоэнергетических состояний, которые занимают электроны в зоне проводимости
|
|
|
Eg |
|
E EF |
|
E E |
F |
|
kT , тогда e kT |
|||
|
||||||
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
с экспонентой, получим
1. Пренебрегая единицей в знаменателе по сравнению
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
E g |
|||
f E |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
2kT . |
||
|
E EF |
|
|
E g |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
e kT |
1 e 2kT |
1 |
|
|
||||||
Тогда концентрацию электронов проводимости можно записать в виде
Eg
ni n e 2kT ,
где n – константа, равная концентрации свободных электронов при бесконечно высокой температуре.
12
Раздел 2.
Физические основы элементной базы полупроводниковой электроники
Зависимость подвижности носителей заряда от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников
Представим зависимость ln от обратной температуры на графике.
Для собственных полупроводников получается прямая линия. По наклону прямой можно
определить ширину запрещенной зоны Eg , так как tg |
Eg |
и |
|||||
2k |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
Eg 2k |
ln |
. |
|
|
|||
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
T |
|
|
|
|||
Для несобственных (примесных) полупроводников качественный характер зависимости(T ) будет иметь вид
По участку собственной проводимости примесного полупроводника также можно определить ширину запрещенной зоны Eg 2ktg .
13
Раздел 2.
Физические основы элементной базы полупроводниковой электроники
Фотопроводимость полупроводников. Эффект поля
Свет, падая на полупроводник, может вызывать появление в нем избыточных носителей, увеличивающих общую концентрацию свободных зарядов. Процесс внутреннего освобождения носителей под действием света называется внутренним фотоэффектом
Под влиянием внешнего поля
энергетические зоны полупроводника наклоняются. При этом может происходить ударная и электростатическая ионизация
14
Раздел 2.
Физические основы элементной базы полупроводниковой электроники
Эффект Ганна
В сильных полях подвижность носителей заряда в полупроводниках становится
функцией напряженности |
приложенного |
поля: |
= . В этом случае |
||||||||
дифференциальная проводимость д может стать отрицательной |
|||||||||||
д = |
|
|
= + |
|
|
= ∞ |
+ |
|
|
|
. |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
= |
|
+ |
|
, |
|
= |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
15