Физические процессы в p-n переходах. Физический смысл и определение подвижности носителей заряда

Министерство образования РФ

Владимирский  Государственный Университет

Кафедра КТРЭС

Лабораторная работа № 1

Физические процессы в p-n переходах

                                                                                                  Работу выполнила :

        студентка гр.РЭ-100

Талалаева Елена

                                                                                                   Работу проверил:

Владимир 2002

1. Вопрос № 10

Физический смысл и определение подвижности носителей заряда.

Подвижность носителей заряда- это скорость, приобретаемая носителем заряда в электрическом поле единичной напряженности.

, где подвижность носителей, ;  скорость носителя, ;  напряженность электрического поля, .

Понятие подвижности вводится для количественной оценки взаимосвязи средней скорости дрейфового движения электронов с напряженностью электрического поля:

, где  подвижность электронов,  длина свободного пробега носителей.

Чем больше , тем больше ток, то есть подвижность есть характеристика скорости направленного движения частиц под действием поля. Наличие эффективной массы электрона  говорит о том, что в разных полупроводниках значение подвижности будет различным, так как отличаются зонные характеристики.

Подвижность зависит от температуры по сложному закону. При низких температурах, когда основным механизмом рассеяния является взаимодействие с ионизированными атомами решетки, подвижность пропорциональна . Это означает, что увеличивается длина свободного пробега  между двумя актами взаимодействия, так как растет скорость теплового движения. По мере увеличения температуры узлы кристаллической решетки раскачиваются сильнее (увеличивается энергия фононов), это снижает возможности для переноса носителей, то есть возникает возможность того, что будет происходить рассеяние электронов на узлах кристаллической решетки, ~. По мере увеличения температуры вследствие повышения амплитуды колебаний подвижность падает по закону .

2. Задача № 10

Полупроводник легируется акцепторными и донорными примесями с равными концентрациями. Определить отличия результирующих концентраций электронов и дырок от соответствующих значений для собственного полупроводника при Т=300К.

Решение:

Выражение для концентрации электронов в зоне проводимости собственного полупроводника имеет вид:

,                                                    (1)

где  эффективная плотность квантовых состояний в зоне проводимости, ;  энергия середины запрещенной зоны,  ; - энергия дна зоны проводимости, ;  постоянная Больцмана, ;  абсолютная температура, .

Концентрация электронов в примесных полупроводниках определяется по формуле:

                                                       ,                                                   где  концентрация электронов беспримесного полупроводника, ;  энергия уровня Ферми, ;  постоянная Больцмана, ;  абсолютная температура, .

Подставляем выражение (1) в уравнение (2) и получим:

                                         (3)

Находим отношение

                                            (4)

Выражение (4) и является отличием результирующей  концентрации электронов от соответствующего значения для собственного полупроводника.

Найдем отличие результирующей концентрации дырок от соответствующего значения для собственного полупроводника, для этого запишем выражение концентрации дырок в примесных полупроводниках( концентрация электронов в зоне проводимости собственного полупроводника равна концентрации дырок в валентной зоне):

                                                   (5)

Подставив (1) в (5) и найдя отношение  , получим отличие:

                                                (6)

Пусть =0.6эВ, =0.022эВ, тогда