Параметры полупроводниковых материалов

1. Ширина запрещенной зоны - параметр, количественно отражающий структуру энергетического спектра электронов в кристалле данного полупроводника (рис.1.1). Чем химически стабильнее данный полупроводник и чем выше его температура плавления, тем шире запрещенная зона. Значение ширины запрещенной зоны прямо определяет многие электрические и оптические свойства и параметры полупроводников (табл. 1.1):

а) температурную зависимость электропроводности и значение максимальной рабочей температуры;

б) край полосы пропускания, определяющий прозрачность полупроводника для света данной длины волны. Край полосы пропускания связан с шириной запрещенной зоны уравнением

параметры полупроводниковых материалов - student2.ru (1.1)

где l измеряется в микрометрах (мкм);

в) длину волны света, испускаемого p-n переходом в результате излучательной рекомбинации.

2.Концентрация собственных носителей заряда (ni). Значение концентрации собственных зарядов определяется выражением

параметры полупроводниковых материалов - student2.ru (1.2)

где jТ = kT/e - температурный потенциал,

Nc и Nv - мало зависящие от температуры множители, в которые входят эффективные массы соответственно электронов и дырок.

Значения ni для ряда полупроводников приведены в табл.1.3.

Таблица 1.3.

Параметры Полупроводники
Ge Si GaAs GaP GaSb InP InSb
Ширина запрещенной зоны при 298К, эВ 0,75 1,12 1,43 2,26 0,72 1,35 0,18
Концентрация свободных носителей заряда при 298К, см–3 2,5·1013 3·1010 1,29·106 2,73 6,1·1011 6,9·104
Подвижность электронов в слаболегированном материале при 298К, см2/(В·с)
Подвижность дырок в слаболегированном материале при 298К, см2/(В·с)
Относительная диэлектрическая проницаемость 16,0 12,5 13,8 15,7 12,1 17,72

Концентрация носителей заряда сильно зависит от температуры и радиации. Она определяет концентрацию электронов и дырок в примесном полупроводнике. Это следует из закона действующих масс:

параметры полупроводниковых материалов - student2.ru (1.3)

3. Подвижность свободных зарядов (mn, mр). Характеризует скорость дрейфа, приобретаемую свободными носителями в электрическом поле единичной напряженности, например, 1В/см. Она имеет размерность квадратный сантиметр на вольт-секунду (см2/(В·с)). Почти все полупроводники имеют подвижность электронов mn больше, чем подвижность дырок mр (mn>mр). Подвижность свободных носителей зарядов зависит от температуры окружающей среды и концентрации примесей в полупроводнике. Подвижность является параметром, определяющим быстродействие полупроводниковых приборов. Подвижность связана с коэффициентом диффузии свободных зарядов соотношением Эйнштейна:

параметры полупроводниковых материалов - student2.ru , где jТ=Т/11600 - температурный потенциал, при температуре 300К. jТ=0,026эВ.


Наши рекомендации