Составители:
Рубрика:
3
Акцепторы, порождая дырки, не создают электронов проводимости. В таком материале (р
-типа) основными носителями тока буд ут дырки.
Помимо процесса образования электронов и дырок идет обратный процесс - их исчезновение,
или рекомбинация. Электрон проводимости, оказавшись рядом с дыркой, восстанавливает
разорванную связь. При этом исчезает один электрон проводимости и одна дырка. При
отсутствии внешних воздействий, например света, устанавливается динамическое равновесие
процессов, протекающих в обоих направлениях. Равновесные концентрации электронов и дырок
определяются абсолютной температурой Т, шириной запрещенной зоны Е
g
, концентрацией
примесей и другими факторами. Однако произведение концентраций электронов и дырок (n и p
соответственно) не зависит от количества примесей и определяется для данного полупроводника
температурой и величиной Е
g:
n∙p=А∙ехр∙(-Е
g
/k∙Т)),
(1)
где k - постоянная Больцмана; А- коэффициент пропорциональности.
Рассмотрим два следствия из Формулы
(1
). В собственном (беспримесном) полупроводнике
одинаковые концентрации электронов и дырок будут равны
n=p=А
1/2
ехр(-Е
g
/(2k∙Т)) .
В примесных пол упроводниках при достаточно большом количестве примеси концентрация
основных носителей примерно равна концентрации примеси. Например, в полупроводнике n-типа
концентрация электронов равна концентрации донорных атомов n=N
d
, тогда концентрация дырок
(неосновных ноcителей) равна
р=(А/N
d
)ехр(-Е
g
/(k∙Т) ) .
(2)
Формула
(2)
описывает температурную зависимость концентрации неосновных носителей в
примесных полупроводниках.
ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
В монокристалле можно создать резкий переход от полупроводника n-типа к полупроводнику
р-типа. На рис.1а левая от линии ММ часть кристалла, р-типа, содержит основные носители -
дырки, примерно такое же количество отрицательных акцепторных ионов и незначительное
количество электронов. Правая часть, n-типа, содержит соответственно электроны проводимости
(основные носители), положительные донорные ионы и небольшое количество дырок. Для
примера положим, что основных носителей в 10
6
раз больше, чем неосновных.
Для большей ясности объяснения допустим, что электронно-дырочный переход получили,
прижав пластину n-типа к пластине р-типа. Вследствие хаотического движения основные
носители устремятся в другую пластину - электроны из n-области в р-область, дырки - в обратном
направлении. Если бы эти частицы не имели заряда, то произошло бы полное перемешивание.
Этому препятствует электрическое поле, возникающее в области контакта. Электроны,
перешедшие из n-области в р-область, рекомбинируют с дырками вблизи границы раздела.
Аналогично рекомбинируют дырки, перейдя из р-области в n-область. В результате этого вблизи
контакта практически не остается свободных носителей (электронов и дырок), а только
неподвижные ионы. Они создают вблизи контакта двойной слой зарядов - слева отрицательных,
справа - положительных, как показано на рис. 1а.
3
Акцепторы, порождая дырки, не создают электронов проводимости. В таком материале (р
-типа) основными носителями тока будут дырки.
Помимо процесса образования электронов и дырок идет обратный процесс - их исчезновение,
или рекомбинация. Электрон проводимости, оказавшись рядом с дыркой, восстанавливает
разорванную связь. При этом исчезает один электрон проводимости и одна дырка. При
отсутствии внешних воздействий, например света, устанавливается динамическое равновесие
процессов, протекающих в обоих направлениях. Равновесные концентрации электронов и дырок
определяются абсолютной температурой Т, шириной запрещенной зоны Еg, концентрацией
примесей и другими факторами. Однако произведение концентраций электронов и дырок (n и p
соответственно) не зависит от количества примесей и определяется для данного полупроводника
температурой и величиной Еg:
n∙p=А∙ехр∙(-Еg /k∙Т)), (1)
где k - постоянная Больцмана; А- коэффициент пропорциональности.
Рассмотрим два следствия из Формулы (1). В собственном (беспримесном) полупроводнике
одинаковые концентрации электронов и дырок будут равны
n=p=А 1/2 ехр(-Еg /(2k∙Т)) .
В примесных полупроводниках при достаточно большом количестве примеси концентрация
основных носителей примерно равна концентрации примеси. Например, в полупроводнике n-типа
концентрация электронов равна концентрации донорных атомов n=Nd, тогда концентрация дырок
(неосновных ноcителей) равна
р=(А/Nd)ехр(-Еg/(k∙Т) ) . (2)
Формула (2) описывает температурную зависимость концентрации неосновных носителей в
примесных полупроводниках.
ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
В монокристалле можно создать резкий переход от полупроводника n-типа к полупроводнику
р-типа. На рис.1а левая от линии ММ часть кристалла, р-типа, содержит основные носители -
дырки, примерно такое же количество отрицательных акцепторных ионов и незначительное
количество электронов. Правая часть, n-типа, содержит соответственно электроны проводимости
(основные носители), положительные донорные ионы и небольшое количество дырок. Для
примера положим, что основных носителей в 106 раз больше, чем неосновных.
Для большей ясности объяснения допустим, что электронно-дырочный переход получили,
прижав пластину n-типа к пластине р-типа. Вследствие хаотического движения основные
носители устремятся в другую пластину - электроны из n-области в р-область, дырки - в обратном
направлении. Если бы эти частицы не имели заряда, то произошло бы полное перемешивание.
Этому препятствует электрическое поле, возникающее в области контакта. Электроны,
перешедшие из n-области в р-область, рекомбинируют с дырками вблизи границы раздела.
Аналогично рекомбинируют дырки, перейдя из р-области в n-область. В результате этого вблизи
контакта практически не остается свободных носителей (электронов и дырок), а только
неподвижные ионы. Они создают вблизи контакта двойной слой зарядов - слева отрицательных,
справа - положительных, как показано на рис. 1а.
