Диффузия носителей заряда

Диффузия – это перемещение свободных носителей заряда от мест с большей концентрацией к местам с меньшей концентрацией. Наличие градиента концентрации – непременное условие процесса диффузии.

Такое общее определение диффузионного процесса в полной степени относится и к полупроводникам, поскольку поведение свободных носителей заряда в полупроводниках сродни поведению, например, молекул в газах.

Известно, что при диффузии, число частиц, пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора градиента концентрации, пропорционально градиенту концентрации этих частиц.

Для полупроводника это соотношение принимает вид

.

Здесь – коэффициент диффузии, численно равный количеству частиц, диффундирующих через поперечное сечение в 1 см² за 1 секунду, при условии, что . Вектор градиента концентрации всегда направлен в сторону возрастания аргумента, а частицы диффундируют туда, где их меньше, поэтому знаки в правой и левой части уравнения различны.

Так как направленное движение частиц есть электрический ток, то плотность диффузионного тока можно получить путем умножения правой части уравнения на заряд электрона.

Если рассматривать движение частиц только вдоль оси х, то плотности электронной и дырочной составляющих диффузионного тока можно записать:

,

.

Видно, что правые части уравнений отличаются знаками. Дело в том, что электроны диффундируют против вектора градиента концентрации и имеют отрицательный заряд, поэтому вектор плотности электронной составляющей диффузионного тока совпадает с вектором . Дырки также движутся против вектора градиента концентрации, но имеют положительный заряд, поэтому направление вектора плотности тока дырок противоположно направлению вектора , а в уравнении присутствует знак минус.

При наличии в полупроводнике электрического поля и градиента концентрации носителей заряда, в нем присутствуют и дрейфовые, и диффузионные токи. Полная плотность тока в полупроводнике состоит из четырех составляющих

.

Последнее уравнение называется уравнением плотности тока в полупроводнике. Из уравнения следует, что для определения плотности тока необходимо знать распределение концентрации носителей заряда в полупроводнике и напряженность электрического поля.

Дата добавления: 2014-10-17