Дрейфовое движение носителей заряда

В полупроводниках свободные электроны и дырки на­ходятся в состоянии хаотического движения. Поэтому, если выбрать произвольное сечение внутри объема полупровод­ника и подсчитать число носителей заряда, проходящих через это сечение за единицу времени слева направо и справа налево, значения этих чисел окажутся одинаковы­ми. Это означает, что электрический ток в данном объеме полупроводника отсутствует.

При помещении полупроводника в электрическое поле напряженностью Е на хаотическое движение носителей зарядов накладывается составляющая направленного дви­жения. Направленное движение носителей зарядов в элек­трическом поле обусловливает появление тока, называе­мого дрейфовым (Рисунок 1.6, а ) Из-за столкновения носителей зарядов с атомами кристаллической решетки их движение в направ­лении действия электрического поля

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru

а) б)
Рисунок 1.6 Дрейфовый (а) и диффузионный (б) токи в полупроводнике.

прерывисто и харак­теризуется подвижностью m. Подвижность равна сред­ней скорости Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru , приобретаемой носителями заряда в направлении действия электрического поля напряженностью Е = 1 В/м, т. е.

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru . (1.11)

Подвижность носителей зарядов зависит от механизма их рассеивания в кристаллической решетке. Исследова­ния показывают, что подвижности электронов mn и дырок mp имеют различное значение (mn > mp) и определяются температурой и концентрацией примесей. Увеличение тем­пературы приводит к уменьшению подвижности, что зави­сит от числа столкновений носителей зарядов в единицу времени.

Плотность тока в полупроводнике, обусловленного дрей­фом свободных электронов под действием внешнего элек­трического поля со средней скоростью Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru , определяется выражением Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru .

Перемещение (дрейф) дырок в валентной зоне со сред­ней скоростью Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru создает в полупроводнике дырочный ток, плотность которого Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru . Следовательно, полная плот­ность тока в полупроводнике содержит электронную jn и дырочную jр составляющие и равна их сумме (n и p — концентрации соответственно электронов и дырок).

Подставляя в выражение для плотности тока соотноше­ние для средней скорости электронов и дырок (1.11), по­лучаем

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru (1.12)

Если сравнить выражение (1.12) с законом Ома j =sЕ, то удельная электропроводность полупроводника опреде­ляется соотношением

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru .

У полупроводника с собственной электропроводностью кон­центрация электронов равна концентрации дырок (ni = pi), и его удельная электропроводность определяется выра­жением

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru .

В полупроводнике n-типа Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru > Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru , и его удельная электропроводность с достаточной степенью точности мо­жет быть определена выражением

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru .

В полупроводнике р-типа Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru > Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru , и удельная элек­тропроводность такого полупроводника

Дрейфовое движение носителей заряда - student2.ru

В области высоких температур концентрация электро­нов и дырок значительно возрастает за счет разрыва ковалентных связей и, несмотря на уменьшение их подвижно­сти, электропроводность полупроводника увеличивается по экспоненциальному закону.

Наши рекомендации