Свойства полупроводников в сильных электрических полях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Кафедра «Радиоэлектронные и телекоммуникационные системы»

Реферат

по дисциплине «Физические основы электроники»

СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ

Преподаватель Филатова Т.И.

Студент Любезных С.А.

Екатеринбург 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Понятие полупроводника

Наклон энергетических зон в электрическом поле

Отступление от закона Ома

Влияние напряжённости поля на подвижность носителей заряда

Влияние напряжённости поля на концентрацию заряда

Эффект Ганна

Литература

ПОНЯТИЕ ПОЛУПРОВОДНИКА

Все вещества по электрофизическим свойствам могут быть разделены на три больших класса: проводники, полупроводники и диэлектрики. Полупроводник – это вещество, электропроводность которого занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, основным свойством этого вещества является сильная зависимость удельной проводимости от воздействия внешних факторов (температура, концентрация примесей, световое и ионизирующее излучение и электрического поля.).

НАКЛОН ЭНЕРГИТИЧЕСКИХ ЗОН В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Движение электрона во внешнем электрическом поле можно показать на картине зон. По горизонтальной оси отложим координату x электрона, а по вертикали - значение энергии электрона Э при движении его в периодическом поле частиц кристалла. Энергетические уровни изобразим горизонтальными линиями.

Двигаясь в электрическом поле, электрон меняет и свою координату, и энергию, переходя с одного уровня на другой (рис.1 а). При этом кинетическая энергия его увеличивается на величину eU (где U - пройденная электроном разность потенциалов), а потенциальная энергия увеличивается на ту же величину, так как полная энергия не меняется. Накопленную энергию электрон может потерять при рассеянии, вернувшись на более низкий уровень (электрон 1).

Иногда удобнее откладывать по вертикальной оси полную энергию электрона с учётом внешнего электрического поля. Тогда движение электрона следует изображать горизонтальной линией, а энергетические уровни - наклонными (рис.1 б). Тангенс угла наклона энергетических уровней при этом оказывается пропорциональным напряжённости электрического поля. Отклонение уровня от его положения, соответствующего отсутствию электрического поля, пропорционально электрическому потенциалу, т. е. ход уровней повторяет ход электрического потенциала. Энергетические уровни, соответствующие определённому значению полной энергии электрона, остаются горизонтальными.

ОТСТУПЛЕНИЕ ОТ ЗАКОНА ОМА

В сильных электрических полях нарушается пропорциональность между плотностью тока в полупроводнике и напряжённостью внешнего электрического поля.

E - напряжённость поля [В/м];

g - удельная проводимость [1/Омм]

Это является следствием физических процессов, вызывающих изменение удельной проводимости полупроводника.

Напряжённость поля, которую можно условно принять за границу между областью слабых I и сильных II полей, называют критической Екр (рис. 2).

Эта граница не является резкой и определенной и зависит от природы полупроводника, концентрации примесей и температуры окружающей среды.

Для выяснения физики явления изменения удельной проводимости полупроводника от напряжённости поля рассмотрим предварительно влияние поля отдельно на подвижность и концентрацию носителей заряда в объёме полупроводника.

ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЁННОСТИ ПОЛЯ НА ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

Для наблюдения закона Ома необходимо, чтобы подвижность носителей заряда и их концентрация не зависели от напряжённости электрического поля.

Независимость подвижности определяется пренебрежимо малым изменением тепловых скоростей носителей заряда в полупроводнике, находящемся в электрическом поле, от напряжённости поля.

Скорость носителей заряда - величина векторная и в электрическом поле может изменяться как её абсолютное значение, так и направление.

где U - тепловая скорость,

V - скорость дрейфа,

U ₀ - скорость носителей заряда.

В области слабых полей, когда справедлив закон Ома, влияние поля в основном сводится к изменению только направления скоростей носителей заряда. При достаточно большой напряжённости поля приращение абсолютного значения скорости, получаемое по длине свободного пробега носителей заряда, станет сравнимо с начальным значением тепловой скорости, т. е. V = U.

В соответствии с выражением для подвижности носителей заряда:

где l_e - средняя длина свободного пробега,

U - средняя тепловая скорость,

m* - эффективная масса носителей заряда.

Это должно привести к уменьшению времени свободного пробега и изменении подвижности носителей заряда. Таким образом, критерием слабого поля является выполнение неравенства V << U.

Добавочная кинетическая энергия, приобретаемая носителями заряда под действием электрического поля, определяется произведением:

Условие слабого поля можно записать в виде сопоставления Эдоп с энергией теплового движения частиц:

где l_e - средняя длина свободного пробега, l_e = L._e

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать