Реферат: Свойства полупроводников в сильных электрических полях

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

Приравнивая обе составляющие энергии, оценим критическую напряжённость поля, при которой возможны существенные отклонения от закона Ома:

Принимая l_e = 10-8 м и T = 300К > Е_кр = 106 В/м.

Влияние сильного поля на изменение подвижности носителей заряда зависит от механизма рассеяния. В случае рассеяния на тепловых колебаниях узлов решётки le не зависит от скорости носителей заряда. Поэтому m ~ 1/U0(E), т. е. подвижность будет падать с увеличением напряжённости поля. При рассеянии на ионизированных примесях l_e ~ U₀ ⁴ ; отсюда следует, что m ~ U₀ ³ (E) (рис 3).

Т. о., в области сильных полей подвижность носителей заряда может как убывать, так и возрастать с увеличением напряжённости электрического поля E.

На практике, однако, далеко не всегда удаётся наблюдать уменьшение проводимости полупроводников в сильном электрическом поле вследствие снижения подвижности носителей заряда. Это объясняется тем, что в большинстве случаев возрастание напряжённости поля приводит к значительному увеличению концентрации носителей заряда.

ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЁННОСТИ ПОЛЯ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ ЗАРЯДА

При напряжённости электрического поля более 106 В/м в полупроводнике начинают появляться избыточные носители заряда и удельная проводимость его возрастает. Различают несколько механизмов увеличения концентрации носителей.

Термоэлектронная ионизация.