Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [ 34 ] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

В случае примесного полуиросодннка это выражение несколько видоизменяется) Так, для полупроводника п-типа вместо в формулу следует подставить * (см,формулу 6.15), а вместо Pi следует подставить р. Учитывая, что рц " " лучаем

0„ф.„/д. (6.23)

Рассуждая аналогично, для полупроводника р-типа запишем

ape\ipN. (6,24)

Полная электропроводность примесных полупроводников (Ojjp) в общем случае определяется суммой собственной (Oi) и примес1;ой (02) удельных проЕоднмостен

пр ti +

Рассмотрим теперь зависимость удельной электропроводности примесного полупроводника от температуры. С учетом (6.14) запишем

if -

-160 -во о 80 100 t, С

Рис, 6.7. Температурная зависимость удельной электропроводности примесного полупроводника.

= 1 ехр

+ ехр

(6,25)

где ДГ.

т. е. энергия, необходимая для

энергия ионизации атомов иримсси, перехода электронов с примесного энергетического уровня в зону проводимости (для полупроводников «-типа Др - AWп на рис. G.6, а) или для перехода электронов из валентной зоны на примесный энергетический уровень (для полупроводников р-типа AlV-p = AWp на рис. 6.6, б).

На рис. 6.7 приведена зависимость удельной электропроводности примесного полупроводника от температуры (кривая /). Для большей наглядности по оси абсцисс значения температуры отложены в °С. Эта зависимость и.меет три характерные области; примесной, смешанной и собственной проводимости.

При относительно низких температурах, когда можно пренебречь тепловой генерацией носителей, удельная электропроводность примесного полупроводника определяется главным образом примесной составляющей удельной электропроводности, т. е. концентрацией и подвижностью основных носителей заряда (участок / на рис. 6.7). С увеличением температуры подвижность носителей уменьшается, так как возрастает число столкновений носителей с атомами кристаллической решетки (сокращается средняя длина свободного пробега), В связи с этим удельная электропроводность полупроводника несколько снижается (участок на рис. 6,7). В области положительных температур наряду с примесной проводимостью все большую роль начинает играть собственная проводимость полупроводника, связанная с генерацией электронов и дырок. Это приводит к тому, что на участке / кривой /, когда температура повышается значительно, несмотря на уменьшение подв]1Жности носителей, электропроводность возрастает по экспоненциальному закону. На этом участке экспоненциальный рост удельной электропроводности примесного полупроводника практически совпадает с таким же изменением электропроводности собственного полупроводника (кривая 2).

Рассмотрение зависимости Ojp = f (t) показывает, что лишь на участке электропроводность примесного полупроводника остается от1Шсительно стабильной. Именно Этот участок стремятся использовать при построении большинства полупроводниковых приборов. На других участках электропроводность меняется весьма существенно, что может привести к нарушению нормального режима работы полупроводниковых устройств.

6.5. ДРЕЙФОВЫЙ И ДИФФУЗИОННЫЙ ТОКИ В ПОЛУПРОВОДНИКЕ

Ток в полупроводнике появляетея как следствие направленного перемещения носителей заряда. Различают два возможных случая появления 1ска в иолупрсводьике. Ток, обусловленный внеиишм



электрическим полем, получил название дрейфового тока. Ток, возникающий в результате диффузии носителей из области, где их концентрация повышена, в направлении области с более низкой концентрацией, называется диффузионным током. Неравномерность концентрации носителей зарядов в полупроводнике может возникнуть под действием света, нагревания, электрического поля и др.

Обозначив в общем случае концентрацию электронов в полупроволнике п, а концентрацию дырок р, с учетом (6.9) и (6.10) !(айдем, что плотность электронного дрейфового тока

др = ir,E> (6-26)

а плотность дырочного дрейфового тока

•рдр PlhE- (6.27)

Су,ммарпая плотность дрейфового тока электронов и дырок

/др = е (ц„я + ррр) Е. (6.28)

Механизм возникновения диффузионного тока можгю объяснить так. Пусть по каким-либо причинам концентрация электронов в различных точках полупроводник:- неодинакова. Очевидно, что вероятность столкновения электронов друг с другом больще там, где вьше концентрация их. Поэтому электрон, совершая хаотическое тепловое движение, в соответствии с общими закоггами теплового движения будет стремиться перейти в область меньших столкновений, В результате носители заряда, совершающие тепловое движение, будут смещаться из области с большей их концентрацией в область с меньшей концентрацией, что и приведет к возникновению диффузионного тока.

Плотность диффузионного тока пропорциональна отношению изменения концентрации {\п или \р) к изменению расстояния (Дх), на котором наблюдается это

явление. Отношения и получили название градиентов концентрации

соответственно для электронов н для дырок. Более точно градиенты концентрации электронов и дырок могут быть записаны в виде

grad=-, gradp-. (6.29)

Плотность диффузионного тока элсгтронов и дырок определяется следующими соотношениями;

•щяф-п , (6.30)

РЯ.ф--Др , (6.31)

где Дп и Д„ - коэффициенты диффузии соответственно электронов и дырок, зависящие от типа полупроводника, концентрации примесей, температуры и состояния кристаллической решетки, см/с. При комнатной температуре коэффициенты диффузии:

для германия

100 cmVc, ДрА7 см/с;

для кремния

Д„гО cmVc, Др;=13 cmVc.

Таким образом, в общем случае в полупроводнике следует рассматривать четыре составля[ОЩих тока; дрейфовый и диффузионный для носителей каждого знака. Общая плотность тока в полупроводнике

(6.32)



Знак минус перед четвертым слагаемым означает, что диффузия происходит в направлении уменьшения коннептрапии, а поскольку дырки несут положительный заряд, то диффузионный ток должен быть положительным при < 0.

Если с помощью какого-либо внешнего воздействия динамическое равновесие концентраций электронов и дырок в полупроводнике нарушено, то появляется дополнительная неравновесная концентрация носителей заряда. После прекращения внешнего воздействия происходит процесс рекомбинации и полупроводник приходит в равновесие.

Среднее время существования носителей заряда в полупроводнике обычно называют временем жизни носителей, среднее расстояние, которое за это время проходят носители, назьшают диффузионной длиной носителей заряда.

Диффузионная длина L и время жизни носителей т связаны между собой следующими соотношениями:

для электронов

~ (6.33)

проводимости

Зона,

проводимости jy

для дырок


(6.34)

Валентная зона

Валентная зона.

Величина -, обратная времени

Рис. 6.8. Механизм рекомбинации носителей заряда:

а - прямая рекомбинация; б - рекомбинация через промежуточный уровень (цифрами обозначены ступени процессов).

жизни носителей, определяет скорость рекомбинации.

Различают несколько видов рекомбинации носителей в полупроводниках.

В самом простом случае рекомбинация может рассматриваться как прямой переход электрона из зоны проводимости в валентную зону иа имеющийся там свободный уровень (рис. 6.8, а). Разность энергии при этом выделяется в виде кванта электромагнитного излучения либо передается кристаллической решетке в виде механических колебаний.

Другой возможный путь рекомбинации связан с поэтапным переходом электрона через запрещенную зону: вначале электрон из валентной зоны переходит на некоторый промежуточный уровень, расположенный внутри запрещенной зоны, а затем уже с этого уровня переходит в зону проводимости (рис. 6.8, б). Промежуточные уровни, получившие название центров рекомбинации, или ловушек, могут появиться, если в кристаллической решетке имеются дефекты, обусловленные тепловым возбуждением атомов, наличием примесей, несовершенством поверхности полупроводника, воздействием на полупроводник частиц с большей энергией (р-лучей или сс-частиц).

Наличие в полупроводнике центров рекомбинации позволяет резко уменьшить время жизни носителей зарядов, что необходимо для создания быстродействующих полупроводниковых приборов.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [ 34 ] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0012