Физические основы микроэлектроники, конспект лекций, страница 13

         2.5.5. В собственном германии ширина запрещенной зоны 0,72 эВ. Насколько надо повысить температуру по сравнению с 300 К, чтобы число электронов проводимости увеличилось в 2 раза? Объяснить качественно температурную зависимость концентрации электронов в зоне проводимости в примесном полупроводнике п – типа для широкого интервала температур. Объяснить, как это сказывается на работе полупроводниковых приборов.

         2.5.6. Концентрация электронов в собственном полупроводнике при Т=400 К равна 1,38×1015 см-3. Определить произведение эффективных масс электрона и дырки, если известно, что ширина запрещённой зоны меняется по закону  eg=(0.785-4*10-4*Т) эВ.

         2.5.7. Найти температуру, при которой уровень Ферми совпадает с уровнем донорной примеси для германия, легированного сурьмой в концентрации 1016 см-3 (уровень сурьмы eд=eс-0.01эВ). Какова концентрация элекронов при  этой температуре ?

3. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И МЕХАНИЗМЫ ПРОВОДИМОСТИ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И МЕТАЛЛАХ.

         В работе всех микроэлектронных устройств определяющую роль  играют явления переноса подвижных носителей заряда, или так называемые кинетические явления. Причина этих явлений заключается в том, что подвижные  носители заряда в процессе своего перемещения переносят массу, заряд, энергию.

         Если создаются условия, при которых потоки носителей заряда становятся направленными, то в результате возникает ряд электрических эффектов,  которые лежат в основе практичесеого использования полупроводников [9] .

         Кинетическими процессами обусловлены такие явления в полупроводниках, как электропроводность,  эффект Холла, изменение  сопротивления  в  магнитном поле и другие. Важнейшим из этих явлений с точки зрения  реализации

микроэлектронных устройств является электропроводность.

3.1. Подвижность носителей заряда.

         В отсутствии внешнего электрического поля свободные  носители  хаотически перемещаются в кристалле. Хаотичность движения носителей обусловлена взаимодействием их с дефектами кристаллической решётки. Взаимодействие

с любым нарушением периодичности поля решётки приводит к изменению век-

тора тепловой скорости Vт .

         Среднее время между двумя последовательными актами рассеяния (или

между двумя последовательными соударениями) называется временем свободного пробега носителей tсв .

         Под действием внешнего поля напряжённости Е носители  приобретают направленную составляющую скорости Vд . Это означает,  что вектор  суммарной  средней скорости

                                           Vå = Vд+Vт                                       (3.1)

поворачивается вдоль линий поля.                                          

         В слабых полях Vд << Vт , вектор Vå  почти совпадает с Vт  и не зависит

от Е . В сильных полях Vд »Vт  и вектор Vå  значительно отличается от Vт  как по величине, так и по направлению. Кроме того, он зависит от напряженности поля.

         Направленное перемещение носителей в электрическом  поле называют


дрейфом. Дрейфовую составляющую скорости можно выразить  через ускорение, приобретаемое носителями под действием поля  а=q*E/mn и время свободного пробега :