Носителей заряда примесного полупроводника
При низких температурах (участкок 1) тепловой энергии достаточно для ионизации примесных атомов. Поэтому с ростом температуры увеличивается концентрация примесных носителей заряда и наклон прямой на графике определяется энергией ионизации примесных атомов, т.е. глубиной залегания примеси DЕД, DЕА.
На втором участке, т.е. при повышенных температурах, все примесные атомы ионизированы. Следовательно, концентрация свободных носителей, равная концентрации примесных атомов ( n = NД или p = NА), не изменяется с ростом температуры до тех пор, пока тепловой энергии недостаточно для возбуждения электронов собственных атомов полупроводника.
На третьем участке при высоких температурах концентрация растёт за счёт генерации собственных носителей зарядов и наклон прямой определяется шириной запрещённой зоны полупроводника DEg.
Таким образом, имея экспериментально измеренную зависимость концентрации носителей от температуры, можно по графику определить энергию активации примесной проводимости DEД, DЕА и ширину запрещенной зоны полупроводника DEg, т.е. энергию активации собственной проводимости.
Однако измерение концентрации в чисто техническом плане задача достаточно сложная. Поэтому обычно для определения DEД, DЕА , DEg пользуются экспериментально измеренной зависимостью удельной проводимости sот температуры. При этом необходимо учесть температурную зависимость подвижности носителей заряда.
|
|
|
При движении носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего поля происходит их столкновение (рассеяние) с атомами и различными дефектами кристаллической решетки. При этом скорость их движения может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от механизма рассеяния.
В реальных кристаллах действуют одновременно несколько механизмов рассеяния, приводящих к изменению подвижности носителей заряда. Однако вклад каждого типа рассеяния может весьма сильно меняться с изменением температуры и концентрации дефектов в исследуемом образце.
Обычно в полупроводниках рассматривают два основных механизма рассеяния: на ионах примеси и на тепловых колебаниях решетки. С изменением температуры роль каждого из этих механизмов меняется.
При низких температурах основную роль играет рассеяние на ионах примеси, приводящее к увеличению подвижности. С повышением темперутары преобладающим становится рассеяние на тепловых колебаниях решетки, снижающее подвижность.
Установлено, что с ростом температуры подвижность носителей заряда растет пропорционально T3/2 , что соотвествует рассеянию на ионах примеси, затем она переходит через максимум и уменьшается пропорционально T-3/2, что соотвествует рассеянию на тепловых колебаниях решетки. Графически температурная зависимость подвижности имеет вид, представленный на рис.4.4.
|
|
|
Из графика видно, что подвижность зависит и от концентрации примеси. С ростом концентрации (N2 > N1) подвижность носителей уменьшается (m2 < m1) за счет столкновения самих носителей между собой. Причем максимум подвижности с увеличением концентрации примесных атомов сдвигается в сторону больших температур, поскольку при малых концентрациях рассеяние на примеси более вероятно, нежели рассеяние на тепловых колебаниях решетки.
Рисунок 4.4 - Температурная зависимость подвижности носителей
Заряда в полупроводниках
Температурная зависимость электропроводности полупроводников
При изучении электропроводности полупроводников следует подчеркнуть, что удельная проводимость, как практически измеряемая величина, содержит информацию об основных количественных параметрах исследуемого материала. Это связано с тем, что удельная проводимость зависит от концентрации носителей заряда, их подвижности и ширины запрещённой зоны (для собственного полупроводника), либо энергии активации примеси (для примесного полупроводника). Таким образом, зная экспериментально измеренную величину удельной проводимости, можно по соотвествующим соотношениям рассчитать основные энергетические параметры полупроводника, т.е. DEg, DEД, DЕА.
|
|
|
Если учесть, что температурная зависимость подвижности является степенной функцией медленно меняющейся с температурой, то можно сказать, что температурная зависимость удельной проводимости определяется, в основном, температурной зависимостью концентрации носителей заряда, изменяющейся по экспоненциальному закону.
Для примесного полупроводника ход температурной зависимости удельной проводимости аналогичен температурной зависимости концентрации, хотя имеет некоторые особенности.
Графически температурная зависимость удельной проводимости примесного полупроводника представлена на рис.4.5.
Рисунок 4.5 -Температурная зависимость удельной
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 130; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!