Дрейф носителей заряда

Процессы электропроводности в полупроводниках

Электропроводность в полупроводнике – это процесс переноса носителей заряда – дырок и электронов.

С точки зрения зонной теории этот процесс может наблюдаться при наличии электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. При выполнении этих условий и в отсутствии градиента температуры () перенос носителей заряда может происходить либо под действием электрического поля, либо под действием градиента концентрации.

Дрейфом называется направленное движение носителей заряда под действием поля.

В отсутствии электрического поля свободные электроны совершают хаотические движения внутри кристаллической решетки. Траектория отдельно взятого электрона прямолинейна до тех пор, пока не произойдет очередное его столкновение с атомами кристаллической решетки или с атомами примеси.

Если кристалл полупроводника поместить в электрическое поле, то свободные электроны будут совершать еще и прямолинейное равноускоренное движение в поле. Но такое движение окажется возможным лишь на коротких отрезках пути, в промежутках между двумя последовательными столкновениями, называемыми длиной свободного пробега . После каждого столкновения электрон теряет свою скорость и вынужден снова набирать ее. В результате средняя установившаяся скорость электрона оказывается вполне определенной величиной, пропорциональной напряженности электрического поля,

.

Коэффициент пропорциональности – это подвижность электронов, измеряемая в см²/В·с. При напряженности поля В/cм, подвижность равна скорости.

В результате дрейфа электронов в полупроводнике появляется электронная составляющая плотности дрейфового тока

,

где – средняя скорость дрейфа, – концентрация электронов, – заряд электрона.

Аналогично дырочная составляющая плотности дрейфового тока

,

где – концентрация дырок в объеме кристалла.

Полная плотность дрейфового тока при наличии свободных электронов и дырок равна сумме электронной и дырочной составляющих

.

Поскольку , есть составляющие удельной проводимости полупроводника , то выражение для дрейфового тока принимает вид

.

Это уравнение называют законом Ома для полупроводника. Главной составляющей в формуле удельной проводимости является та, которая связана с основными носителями заряда. Составляющая, связанная с неосновными носителями, обычно несущественна. В собственном полупроводнике обе составляющие равноценны.

Дата добавления: 2014-10-17