Дрейф и диффузия носителей заряда в полупроводниках
Дрейф и диффузия носителей заряда в полупроводникахСкачать файл - Дрейф и диффузия носителей заряда в полупроводниках
Движение носителей заряда в полупроводниках дрейф, диффузия. В соответствии с зонной моделью в полупроводнике имеются два вида подвижных носителей заряда: Они могут двигаться под действием температуры тепловое движение , электрического поля дрейф и градиента концентрации диффузия. Можно представить, что свободные электроны движутся хаотически через кристаллическую решетку в различных направлениях, сталкиваясь друг с другом и с узлами решетки. При тепловом движении при отсутствии градиента температуры движение системы электронов полностью беспорядочно, так что результирующий ток в любом направлении равен нулю. Столкновения с узлами решетки приводят к обмену энергией между электронами и атомными ядрами, образующими решетку. Воздействие решетки на движение электронов в первом приближении было учтено ранее путем введения эффективной массы. Далее будет более подробно рассмотрено влияние узлов решетки на движение носителей заряда в полупроводнике. Если к полупроводниковому кристаллу приложить слабое электрическое поле , то в течение промежутка времени между столкновениями скорости электронов будут увеличиваться вдоль направления поля рис. Отметим, что составляющая скорости, обусловленная полем, представляет собой небольшое возмущение хаотической тепловой скорости. Результирующая скорость носителей в направлении приложенного электрического поля называется дрейфовой скоростью , которая пропорциональна напряженности поля. Подвижность описывает степень влияния электрического на движение электрона и равна. Совершенно аналогичные рассуждения применимы и к дыркам. Полная плотность тока дрейфа может быть записана в виде суммы электронной и дырочной составляющих: Член в скобках в уравнении 1. В примесных полупроводниках обычно основную роль играет только одно из слагаемых формулы 1. Зависимость удельного сопротивления кремния при комнатной температуре от концентраций примесей доноров или акцепторов приведена на рис. График построен на основе большого числа измерений удельного сопротивления образцов кремния, содержащих примеси. Этот график широко используется в полупроводниковой промышленности. Зависимость удельного сопротивления кремния от концентрации примеси при температуре К. Диффузия свободных носителей заряда. Рассмотрим еще один вид движения свободных носителей заряда, который возникает под действием градиента концентраций. Такое движение называется диффузией , а ток созданный диффузией носителей заряда называют диффузионным током. В металлах вследствие их высокой проводимости диффузионный ток не играет заметной роли. В полупроводниках же с их более низкой проводимостью и возможностью неоднородного распределения концентраций примесей диффузионный ток играет существенную роль и составляет значительную долю в общем токе. Рассмотрим электронный полупроводник, состоящий из двух участков с различной концентрацией электронов. Предположим, что полупроводник находится в равновесии, т. Очевидно, что на границе участков возникает градиент концентраций, под действием которого электроны начинают диффундировать из участка с избыточной концентрацией в участок с меньшей концентрацией. Плотность тока диффузии в соответствии с первым законом Фика будет пропорциональна градиенту концентрации. Первый знак 'минус' в формуле 1. Коэффициент диффузии электронов связан с их подвижностью формулой Эйнштейна. Для дырок плотность тока диффузии и коэффициент диффузии соответственно равны. Знак 'минус' в выражении 1. Следует отметить отличие диффузии заряженных частиц от диффузии нейтральных частиц. Так диффузия нейтральных частиц продолжается до полного выравнивания концентраций во всем объеме. Диффузия же заряженных частиц протекает несколько иначе, поскольку диффундирующие частицы переносят заряд. В результате, внутри полупроводника около границ участков с различной концентрацией нарушается электрическая нейтральность и возникает внутреннее электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии. Возникающие в результате диффузии внутренние электрические поля играют существенную роль в работе твердотельных приборов. Эти поля будут подробнее рассмотрены в главе 2. Помимо описанной выше диффузии носителей заряда, возникающей из-за градиента концентраций, в полупроводниках возможна диффузия из-за различия энергий носителей заряда. Так например, локальное нагревание участка полупроводника может вызвать диффузию носителей из участка с более высокой температурой в участок с более низкой температурой. В одномерном случае, когда движение носителей заряда происходит только вдоль оси х , составляющие плотности тока описываются формулами 1. Для наглядности приведем эти формулы. Дрейфовые составляющие плотности тока. Диффузионные составляющие плотности тока. Полупроводник, в котором протекает ток, находится в неравновесном состоянии, поэтому для описания процессов в нем можно использовать квазиуровни Ферми 1. Применение квазиуровней Ферми позволяет упростить выражения для составляющих плотности тока. Так электронная составляющая плотности тока, представляющая собой сумму дрейфовой и диффузионной составляющих, определяется через квазиуровни Ферми следующим образом: Это компактное написание может быть очень удобным при использовании энергетических зонных диаграмм для описания полного тока в твердотельном приборе. В заключение следует отметить, что обычно в полупроводнике превалирует какая-нибудь одна составляющая тока, поэтому выражение 1. Дрейф свободных носителей заряда. Дрейфом называют направленное движение носителей заряда под действием электрического поля. Полный ток в полупроводниках. В общем случае направленное движение электронов и дырок в полупроводниках обусловлено двумя процессами: Поэтому полная плотность тока в полупроводниках содержит четыре составляющих: Сайт создан в системе uCoz.
Дрейф носителей заряда в полупроводниках
Плотность тока проводимости, создаваемого в полупроводнике носителями каждого типа, складывается из плотности дрейфового и диффузионного токов: Здесь е - абс. Вдали от равновесного состояния соотношение Эйнштейна может нарушаться. Прежде всего, перенос заряда при Д. В полупроводниках с монополярной примесной проводимостью нарушение зарядовой нейтральности происходит на расстояниях порядка дебаевской длины экранирования. Объёмный заряд, возникающий при диффузии носителей одного типа, может компенсироваться носителями др. Поле объёмного заряда замедляет белее подвижные и ускоряет менее подвижные носители. В результате происходит совместное перемещение носителей заряда обоих знаков, имеющее характер диффузии биполярная, или амбиполярная, диффузия. Диффузионные потоки электронов и дырок при биполярной диффузии пропорциональны градиентам концентрации соответствующих носителей, причём коэф. Для полупроводника n -типа , для полупроводника p -типа , т. Это связано с нейтрализацией возникающего объёмного заряда осн. В результате при биполярной диффузии неравновесных носителей диффузионный поток проникает на расстояния порядка диффузионной длины носителей от источника неравновесных носителей. Распределение концентрации неравновесных неосновных носителей дырок в полупроводнике n -типа в отсутствие внеш. Аналогичное ур-ние имеет место для неравновесных электронов в полупроводнике р -типа. Она определяет работу ряда полупроводниковых приборов - полупроводникового диода, транзистора и др. Плазма в термоядерном реакторе. Современные сейсмометры регистрируют подземные толчки и другие движения земной коры,но их показания недостаточно точны. Более перспективный метод предсказания извержений основан на контроле соотношения изотопов углерода в углекислом газе.
Токи в полупроводниках. Дрейф и диффузия.
Топиарий из фруктов своими руками
Как получить характеристику с места учебы
Диффузия и дрейф носителей заряда
Фоллаут шелтер как завести друзей в пустоши
Где обменять тенге на рубли в самаре