Изучение основных особенностей описания носителей заряда
В арсениде галлия
1. Цель работы.
Провести расчёт параметров носителей заряда для арсенида галлия (полупроводникового материала группы A3B5).
2. Общие положения
В отличие от кремния зависимость подвижности носителей заряда от электрического поля для арсенида галлия имеет область отрицательной дифференциальной подвижности. Для анализа работы полупроводниковых приборов на основе данного материала возможно использовать модель отрицательной дифференциальной проводимости Барнса, которая учитывает данный эффект. Зависимости подвижности носителей заряда от величины электрического поля в рамках данной модели для электронов и дырок определяются следующими соотношениями (1), (2):
(1)
(2)
Параметры модели Барнса представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Параметр | Величина | Размерность |
| E0n | 4×103 | В/см |
| E0p | 4×103 | В/см |
| γn | ||
| γp |
Для определения величины подвижности для низкого электрического поля в зависимости от температуры пользуются соотношениями (3) и (4):
(3)
(4)
Параметры определяющие значение подвижности в арсениде галлия для слабого электрического поля представлены в таблице 2.
Таблица 2
| Параметр | Величина | Размерность |
| μinitn | см2/В∙с | |
| μinitp | см2/В∙с | |
| Tμn | ||
| Tμp | 2,1 |
Для определения скорости насыщения носителей заряда от температуры применяются следующие формулы (5) и (6):
(5)
(6)
Параметры для данной модели представлены в таблице 3. Температура TL должна быть в градусах Кельвина.
Таблица 3
| Параметр | Величина | Размерность |
| vsatnT.0 | 1,13×107 | см/с |
| vsatnT.1 | 1,2×106 | см/с∙oК |
| vsatpT.0 | 1,13×107 | см/с |
| vsatpT.1 | 1,2×104 | см/с∙oК |
Для оценки времени жизни носителей заряда в арсениде галлия необходимо использовать следующие выражения:
(8)
(9)
Здесь N – концентрация вводимой примеси, остальные параметры модели представлены в таблице 4.
Таблица 4
| Параметр | Величина | Размерность |
| τn0 | 10–9 | c |
| τp0 | 2×10–8 | c |
| NSRHn | 5×1017 | см-3 |
| NSRHp | 1×1017 | см-3 |
| ap | ||
| an | ||
| bp | ||
| bn | ||
| cp | ||
| cn | ||
| ep | ||
| en |
3. Задания для работы
а) Построить зависимость подвижности носителей заряда от величины электрического поля в диапазоне 0 – 5*105 В/см.
| Вариант | Носитель заряда | Температура (oС) |
| дырки | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| электроны | ||
| электроны | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| дырки | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| электроны | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| электроны | ||
| электроны | ||
| электроны | ||
| дырки | ||
| электроны |
б) Определить время жизни носителей заряда в зависимости от концентрации вводимой примеси.
| Вариант | Примесь | Концентрация (см–3) |
| Si | 1∙1017 | |
| Zn | 5∙1017 | |
| Si | 1∙1016 | |
| Se | 1∙1018 | |
| Se | 3∙1016 | |
| Zn | 8∙1016 | |
| Si | 5∙1017 | |
| Si | 2∙1017 | |
| Se | 8∙1015 | |
| Zn | 1∙1015 | |
| Si | 5∙1016 | |
| Zn | 1∙1018 | |
| Si | 2∙1016 | |
| Se | 5∙1015 | |
| Si | 2∙1018 | |
| Se | 3∙1018 | |
| Si | 7∙1017 | |
| Zn | 3∙1016 | |
| Se | 5∙1017 | |
| Si | 1∙1016 |
в) Оформить результаты расчётов.