Реферат: Свойства полупроводников в сильных электрических полях
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
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--