Неравновесные носители заряда

В состоянии теплового равновесия полупроводника произведение концентраций носителей заряда n_op_o = n_i² не зависит от концентрации примеси, где n_i – собственная концентрация носителей заряда. Например, рост n_o за счет доноров сопровождается уменьшением р_o из-за перехода электронов из зоны проводимости в валентную зону. Поэтому в врожденном полупроводнике n-типа концентрация дырок очень мала, а в вырожденном полупроводнике р-типа почти нет электронов в зоне проводимости.

Однако возможна такая ситуация, при которой одновременно велики и n, и р, т.е. np > n_i². Такое отклонение от равновесия получается в результате внешнего воздействия на полупроводник, например, облучение его потоком электронов, оптическим излучением и т.д. Но в любом случае энергия внешнего воздействия должна превышать ширину запрещенной зоны полупроводника ΔEg. Генерируемые при этом электронно-дырочные пары рекомбинируют не сразу, и в полупроводнике появляются дополнительные неравновесные электроны и дырки.

51

Распределение неравновесных носителей по энергии описывается формулами (В.4) и (В.5), но уровни Ферми для электронов и дырок будут разными. Их называют электронным E_Fⁿ и дырочным E_F^p квазиуровнями Ферми (рис.4.2.а).

Особенно важен случай, когда электроны и дырки в полупроводнике вырожденны одновременно, т.е. расстояние между квазиуровнями Ферми превышает ширину запрещенной зоны ΔEg (рис.4.2.б). В таком полупроводнике практически все уровни в зоне проводимости между E_Fⁿ и Ес заняты электронами, а в валентной зоне уровни между Ev и E_F^p в основном заполнены дырками.

Дата добавления: 2015-06-26