Температурные зависимости концентрации носителей заряда и уровня Ферми

Собств п/п : n=p=ni; Nc=Nv; φ_F= = φ_E.Ур Ферми соотв-ет такому энерг уровню,вероятность заполнения к-ого 1/2.

Все разреш энерг ур-ни лежащие выше ур Ферми свободны,вероятность заполнения =0, те которые ниже,вероятность =1.При увелич кол-ва е-нов при данной Т вызывает пропорц уменьшение кол-ва дырок.

Примесн п/п : выразим φ_F=φ_E+ φ_T ln (n/ni)

График

При уменьшении T ср энергия фононов мала,по сравнению с энергией ионизации доноров,поэтому лишь часть доноров ионизирована и концентрация е-нов мала.В этой области ур Ферми лежит между З.П и областью доноров.

Область 1 и 2 соответств примесной электропроводности

Область 3 – область высоких температур.Энергии здесь достаточно,чтобы перебросить е-н из В.З в З.П

1) низк Т: с рост Т повыш ионизация и конц е-нов. При T2 ур Ферми совпадает с уровнем доноров

2) Конц Н.З. почти не зависит от Т

3) П/проводник становится собственным и ур Ферми приближается к серидине З.З.

Поверхностные явления в полупроводниковых структурах.

Структура поверхности характеризуется большим количеством дефектов: нарушение периода кристаллической решетки, незавершенные валентные связи, вакансии, адсорбция различных веществ. Поэтому энергетическая структура поверхности отличается от объемной наличием поверхностных состояний.

Поверх.состояния – это электронное состояние на границе п/п с какой-либо средой (диэл., газ, вода, Ме, вакуум) имеющие локальные энерг. уровни и изменяющие свое состояние в зависимости от положения ур. Ферми.

Пов. состояния:

Уровни Тамма – обусл. обрывом периодичности решетки кристалла, их концентрация = концентрации уровней внутри п/п (10¹⁵см^-2), что приводит к Ме проводимости.

Типа Шокли – это ненасыщенные хим. связи.

Пов.сост-я за счет дефекта крист.решетки.

Пов.сост-я обусл. внешними примесями.

Пов.сост-я (подобно донорам) могут обмениваться е^- и дырками с вал.зоны в зону проводимости. В силу нейтральности в глубине п/п появляется индуцированный объемный заряд компенсирующий заряд на поверхности. В зависимости от знака и типа электропроводности предповерх. слой либо обогащен либо обеднен. Наличие заряда ведет к искривлению энерг. зон.

Поверх.рекомбинация.

Пов.сост-я создают энерг. уровни вблизи середины запр.зоны, которые являются рекомбинационными ловушками. Поверхностная рекомбинация уменьшает время жизни носителей. ; < ; ( - поверх.вр.жизни, -объем.вр.жизни).

Скорость поверх. рекомбинации: [см/с].

Эффект внешнего поля – это изменение концентрации своб. носит. заряда и удельной проводимости при поверх. слое под действием внешнего эл. поля направленного нормально к поверхности в зависимости от направления и интенсивности.

Разл. режимы: 1. Обеднения; 2. Инверсии; 3. Обогащения.

Режим обеднения

Под действием эл. поля дырки смещаются от поверхности вглубь → концентрация на поверхности уменьшается. Поэтому на поверхности образуется обедненный слой . В котором концентрация дырок и е^- ниже равновес. концентрации. Плотность ионов .Плотность отриц. заряда, напряженность и потенциал в п/п связаны ур-ем Пуассона:

Е(х)=0, при х > L_об.

При дальнейшем увеличении эл. поля концентрация е^- увеличивается, а концентрация дырок уменьшается.

.

Режим инверсии.

При дальнейшем росте напряженности внешнего поля наступает режим инверсии, при котором поверхностная концентрация е^- превышает концентрацию дырок и концентрацию акцепторов (n_пов>Na). Тонкий участок 2 является участком инверсной электропроводностью.

;

; - Дибаевская длина экрана.

При увеличении внешнего поля увеличивается напряженность E(x) в области 2, а в области 1 она стабилизируется.

Режим обогащения.

Действие пов. заряда аналогично действию внешнего поля. При изменении полярности внешнего поля возникает режим обогащения.