Подставляя (6.15) в (7.10), получаем

(7.32)

где ơ_п0 — коэффициент, слабо зависящий от температуры. Логарифмируя , находим

Из рисунка видно, что можно определить энергии активации примеси Е_д. От температуры истощения примеси Т_s до температуры перехода к собственной проводимости Т_i. В этой области концентрация носителей постояннa и равнa концентрации примеси: п = N_пр.; температурная зависимость проводимости определяется температурной зависимостью подвижности.

Из рис. 7.9, б видно, что с увеличением концентрации примеси угол наклона участка примесной проводимости уменьшается. У вырожденных полупроводников концентрация почти не зависит от температуры.

От точки Т_s (участок истощения примеси) проявляется зависимость подвижности от температуры. Основным механизмом рассеяния является рассеяние на тепловых колебаниях решетки, для которого характерно уменьшение подвижности с ростом температуры; проводимость на этом участке будет падать (рис. 7.9, а). В областисобственной проводимости для ơ имеет место формула

В полулогарифмическом масштабе график – прямая линия По наклону этой прямой можно определить ширину запрещенной зоны Е_g.

ЭФФЕКТЫ СИЛЬНОГО ПОЛЯ

Эффекты сильного поля. Пока напряженность электрического поля Е мала среднюю скорость теплового движения электронов <V> можно считать неизменной, подвижность носителей и электропроводность также не зависят от поля, вследствие чего выполняется закон Ома: ток в проводнике пропорционален приложенному напряжению.

Если напряженность электрического поля возрастает настолько сильно, что наступает существенное отклонение от закона Ома, что приводит к уменьшению подвижности с ростом поля, к насыщению дрейфовой скорости свободных носителей заряда

Рис. 7 10 Насыщение дрейфовой скорости электронов и дырок

Рис 7 11. Зонная структура арсенида галлия в направлении [100] (а), и изменение скорости дрейфа электронов с увеличением напряженности электрического поля (б)

В полупроводниках типа A^IUB^V с ростом поля наблюдается эффект дрейфовой нелинейности. Он был открыт Ганном в арсениде галлия и назван эффектом Ганна.

На ряс. 7.11, а показана энергетическая структура зоны проводимости арсенида галлия с двумя минимумами; второй минимум располагается выше первого на расстоянии 0,36 эВ. В нормальных условиях электроны зоны проводимости размещаются в первом минимуме и обладают подвижностью 0,5 В/м²-с. При приложении к кристаллу внешнего поля электроны приобретают дрейфовую скорость и электроны при энергии (достаточной для перехода в верхний минимум) переходят вверх, где значительно меньшая подвижностью ≈ 0,01 В/м²-с). Такой переход сопровождается резким уменьшением скорости дрейфа.

В импульсном режиме генераторы Ганна работа на частотах свыше 150 ГГц и более, обеспечивая на частотах сантиметрового диапазона мощности до нескольких киловатт в импульсном и нескольких ватт в непрерывном режиме при к. п д. до 30%.

Термоэлектронная ионизация Френкеля. Электрическое поле, созданное в полупроводнике, действуя на электрон, связанный с атомом примеси, понижает потенциальный барьер, удерживающий его около атома. Это приводит к увеличению вероятности перехода электрона в зону проводимости и росту концентрации свободных электронов в полупроводнике в области низких температур. Теория этогф явления, получившего название термоэлектронной ионизации, была развита Я. И. Френкелем.

Ударная ионизация. При разогреве электронного газа в сильном электрическом поле электроны зоны проводимости могут приобрести энергию, достаточную для переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Концентрация свободных носителей заряда лавинно возрастает. Такой механизм размножения свободных носителей называют ударной ионизацией.

Электростатическая ионизация. В полях высокой напряженности возможен переход электронов из валентной зоны в зону проводимости также путем туннельного просачивания через запрещенную зону называется эффектом Зинера (электростатической ионизацией).

ЯВЛЕНИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ

Рис. 7.12. Скачкообразное изменение сопротивления проводников при переходе в сверхпроводящее состояние

Сущность сверхпроводимости состоит в приобретении веществом идеальной проводимости. Из чистых металлов лучшими сверхпроводниками оказались наиболее высокоомные — свинец, ниобий, олово, ртуть и др. Свойства веществ при низких температурах начинают использовать в радиоэлектронике. Возникшая на этой базе новая область называется криоэлектроникой.