Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 32 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

63
n
d
n
ne
E
v
ne µσ== . (4.2)
Электрическое поле напряженностью E действует как на
электроны, так и на дырки; так как знаки зарядов и скорости
этих частиц противоположны, то соответствующие токи
складываются. Таким образом, приходим к формулировке за-
кона Ома:
EeEpnJJJ
pnpn
σµµ=+=+= )( , (4.3)
где )(
pnpn
pne µµσσσ+=+= − удельная проводимость ма-
териала. Эта величина зависит от температуры, с изменением
которой меняются подвижность и концентрация носителей.
Что касается числового значения подвижности, то для ка-
ждого вида носителей заряда в том или ином материале его
можно считать постоянным. При этом, конечно, следует учи-
тывать, что в общем случае подвижность связана с темпера-
турой и концентрацией легирующей примеси. Дело в том, что
при достаточно высоких концентрациях примесей они влияют
на длину свободного пробега между столкновениями. Длина
свободного пробега зависит также от приложенного электри-
ческого поля, уменьшаясь с ростом его напряженности.
При рассмотрении полупроводников p- или n- типа мож-
но считать, что дрейфовый ток, обусловленный неосновными
носителями заряда, пренебрежимо мал по сравнению с током
основных носителей.
4.2. Неравновесные носители заряда
в полупроводниках
Помимо теплового возбуждения, приводящего к возник-
новению равновесных носителей тока, равномерно распреде-
ленных по всему объему полупроводника, возможны и другие
способы обогащения полупроводника электронами и дырка-
ми: генерация их светом, потоком заряженных частиц, введе-
ние (инжекция) через контакт и т.д. Действие подобных
64
агентов приводит к появлению дополнительных, избыточных
против равновесной концентрации свободных носителей.
Образование избыточных носителей требует затраты
энергии. Эта энергия черпается извне и запасается непосред-
ственно носителями тока, в то время как тепловая энергия
решетки остается практически неизменной. Поэтому в момент
возникновения избыточные носители не будут находиться в
тепловом равновесии с решеткой. По этой причине их назы-
вают неравновесными носителями. В отличие от равновесных
они могут весьма неравномерно распределяться по объему
полупроводника, локализуясь в отдельных его областях.
С течением времени, вследствие взаимодействия с решет-
кой, энергия неравновесных носителей непрерывно уменьша-
ется и, в конце концов, выравнивается с энергией равновес-
ных носителей. Расчет показывает, что такое выравнивание
происходит примерно за 10
-10
с, что значительно меньше
среднего времени жизни носителей в полупроводнике. По-
этому практически в течение всего времени своего существо-
вания избыточные носители обладают такой же энергией и
другими свойствами, что и равновесные носители.
При неизменной интенсивности внешнего воздействия
концентрация избыточных носителей растет вначале быстро,
а затем, вследствие непрерывно увеличивающейся скорости
рекомбинации, рост замедляется и, в конце концов, устанав-
ливается стационарное состояние, при котором скорость ге-
нерации носителей равна скорости их рекомбинации. Этому
состоянию отвечает постоянная концентрация носителей в
полупроводнике, равная n для электронов и p для дырок.
Концентрация избыточных носителей в этих условиях равна:
00
, pppnnn −=∆−=∆ . (4.4)
Если в полупроводнике нет объемного заряда, то
pnpne ∆=∆⇒=∆−∆= 0)(ρ . (4.5)
Это условие называется условием электронейтральности
полупроводника.

Страницы