Ток проводимости

Ток проводимости создается перемещением носителей заряда под действием сил поля. Плотность электронного тока проводимости равна:

jпров.n= q·n· n,

а плотность дырочного тока проводимости равна:

jпров.p= q·p· p ,

где nи p - средние направленные скорости движения электронов и дырок соответственно.

Средняя скорость дрейфа носителей заряда определяется ускорением аи средним временем пробега :

.

Это уравнение можно представить в более простом виде:

= m · e, (1.37)

где - подвижность носителей заряда, определяемая длиной свободного пробега и тепловой скоростью .

Таким образом, плотность электронного тока проводимости равна:

jпров.n= q· n · m n · e, (1.38)

а плотность дырочного тока равна:

jпров.p= q· p · m p· e , (1.39)

Результирующая плотность тока проводимости равна:

jпров= jпров.n+ jпров.p.= q( n · m n + p · m p )e = s · e, (1.40)

где s = q( n · m n + p · m p) - удельная электрическая проводимость полупроводника.

В собственном полупроводнике ni = pi , поэтому

s i= q· ni (m n + m p) ; (1.41)

у электронного полупроводника nn >> pn, поэтому

s n= q· nn · m n ; (1.42)

у дырочного полупроводника pp >> np, поэтому

s p= q· pp ·m p . (1.43)

Из приведенных уравнений следует, что удельная электрическая проводимость полупроводников определяется концентрацией подвижных носителей заряда, зависящей от концентрации примесей и температуры, и подвижности носителей заряда. Подвижность, в свою очередь, зависит от температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.

При комнатной температуре подвижность электронов в германии составляет 3900 см2/В· с , а в кремнии 1400 см2/В· с, подвижность дырок в германии равна 1900 см2/В· с, а в кремнии 500 см2/В· с. С повышением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда и возрастает тепловая скорость движения носителей заряда ( ). Поэтому с ростом температуры подвижность убывает по закону . Зная зависимость подвижности и концентрации носителей заряда от температуры можно установить температурную зависимость проводимости (рис. 1.14), которая в основном подобна температурной зависимости концентрации носителей заряда, приведенной на рис. 1.7. В области низких температур s n и s p возрастают с ростом температуры из-за увеличения числа ионизированных примесных атомов. В рабочем интервале температур концентрация подвижных носителей заряда сохраняется приблизительно постоянной и равной концентрации примесей, а подвижность уменьшается, поэтому уменьшаются s n и s p. В области высоких температур резко увеличивается тепловая генерация носителей заряда и снижение подвижности не играет существенной роли. Удельная электрическая проводимость собственного полупроводника зависит от температуры по экспоненциальному закону и уменьшение подвижности не имеет принципиального значения.

При невысокой концентрации примесей до 1015 - 1016см-3 подвижность практически не зависит от величины концентрации. При более высокой концентрации примесей ионизированные примесные атомы создают вокруг себя кулоновское поле, искривляющее траектории движения носителей заряда, в результате чего уменьшается длина свободного пробега и соответственно подвижность. В интервале концентраций примеси 1015 - 1019см-3 подвижность изменяется примерно на порядок.

Особую роль играет зависимость подвижности от напряженности поля, так как при этом зависимость между скоростью движения носителей заряда и напряженностью поля становится нелинейной (рис. 1.15). В слабых электрических полях (e <103В/см) носители заряда на длине свободного пробега приобретают относительно малую энергию, не превышающую тепловую энергию . При этом результирующая скорость носителей заряда примерно равна тепловой. При таких условиях подвижность сохраняется постоянной, а скорость дрейфа линейно нарастает с ростом напряженности поля. При напряженности поля более 103 В/см скорость дрейфа становится соизмеримой со скоростью теплового движения, вследствие чего увеличивается результирующая скорость движения носителей заряда, происходит как бы разогрев электронно-дырочного газа. Такие носители заряда, энергия которых сравнима или превышает тепловую энергию, 2/3 КТ называются горячими. В этих условиях с увеличением напряженности поля уменьшается длина свободного пробега, вследствие чего подвижность носителей заряда уменьшается обратно пропорционально , а дрейфовая скорость возрастает прямо пропорционально . Если напряженность поля превышает критическое значение eкр»104 В/см , то с ростом e подвижность уменьшается обратно пропорционально напряженности поля, а дрейфовая скорость сохраняется неизменной и равной величине uнас»107 см/с.








Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 945; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2023 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.004 сек.