Электропроводность полупроводников. Направленное движение носителей заряда в приложенном электрическом поле представляет собой электрический ток

Направленное движение носителей заряда в приложенном электрическом поле представляет собой электрический ток, также называемый дрейфовым током. Учитывая то, что перемещаются как электроны, так и дырки, плотность дрейфового тока можно представить в виде:

(26)

где – удельная электропроводность полупроводника.

Для полупроводника n -типа главную роль играет электронная электропроводность, а для полупроводника р -типа главную роль играет дырочная проводимость, поэтому в примесных полупроводниках, как правило, одним из слагаемых можно пренебречь.

Помимо дрейфа подвижных носителей вклад в электрический ток может вносить диффузионное движение носителей. Как известно, диффузия представляет собой направленное перемещение носителей вследствие их неодинаковой концентрации в различных частях кристалла. Плотность тока будет пропорциональна градиенту концентрации подвижных носителей (d n /d x или d p /d x); соответственно плотность диффузионного тока для электронов может быть представлена как:

(27)

а плотность диффузионного тока дырок вследствие изменения знака заряда носителей запишется как:

(28)

где Dn и Dp – коэффициенты диффузии соответственно для электронов и дырок.

Коэффициенты диффузии, подобно подвижностям m, характеризующим дрейфовое движение, отражают способность электронов и дырок к перемещению. Связь между коэффициентами диффузии и подвижностями определяется соотношением Эйнштейна:

(29)

Таким образом, суммарный электрический ток имеет вид:

(30)

Подвижности электронов и дырок в реальных полупроводниках, вследствие процессов рассеяния, ниже подвижностей в кристаллах с идеальной решеткой. В полупроводниках рассеяние носителей заряда происходит в основном на акустических фононах и на ионах примесей. В разных температурных диапазонах будет доминировать тот или иной механизм рассеяния, и он будет определять величину и температурную зависимость подвижности. При низких температурах (T < 100 K) характер зависимости подвижности обусловлен рассеянием на ионах примесей. В области высоких температур (T > 100 K) подвижность уменьшается с ростом температуры вследствие рассеяния на акустических фононах и можно представить зависимость подвижности от температуры полуэмпирической моделью

, (30)

где К, а – параметр, определяемый опытным путем. Значения параметра а и других параметров для различных полупроводников представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные параметры полупроводниковых материалов.

Материал полупроводника	Si	Ge	GaAs
Ширина запрещенной зоны при		1.17	0.744	1.519
Параметры для определения ширины запрещенной зоны		4.73∙10^-4
Параметры для определения подвижности носителей		2.42	1.66	1.0
	2.2	2.33	2.1
Подвижности носителей заряда при		0.15	0.39	0.85
	0.06	0.19	0.04
Эффективные массы носителей заряда		1.08	0.56	0.068
	0.56	0.35	0.45
Диэлектрическая проницаемость		11.8	16.0	13.2
Время жизни носителейзаряда

Дата добавления: 2014-01-06