Концентрация носителей зарядав примесном полупроводнике n-типа
В примесном полупроводнике n-типа, электронном полупроводнике
n0 >> ni >> p0 ,
в полупроводнике р-типа, дырочном полупроводнике
р0 >> ni >> n0 ,
но в любом случае остается справедливым соотношение:
.
В характере зависимости концентрации носителей заряда от температуры можно выделить три области:
- область низких температур (область примесной проводимости);
- область истощения примеси;
- область высоких температур (область собственной проводимости).
Рассмотрим этим три области.
Область низких температур.
В области низких температур энергия тепловых колебаний кристаллической решетки » кТ << Eg. Поэтому вероятность перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости чрезвычайно мала. В то же время этой энергии достаточно для перехода электронов с уровня донора в зону проводимости в силу того, что DЕД невелика и тоже много меньше Еg. Поэтому в зоне проводимости появляются электроны только за счет ионизации донорной примеси. Концентрацией дырок в валентной зоне в силу их чрезвычайной малости можно пренебречь.
Проводя вычисления, подобно случаю собственного полупроводника, можно получить, что концентрация электронов в зоне проводимости определяется соотношением:
n0 = . (4.15)
Видно, что n0 зависит от энергии ионизации примеси DЕД (энергии активации примеси), от температуры и, естественно, от концентрации примеси NД.
Область истощения примеси.
При некоторой температуре Тs все электроны с уровня донора перейдут в зону проводимости, то есть донорная примесь будет полностью ионизирована и концентрация электронов в зоне проводимости станет равной концентрации донорной примеси: n0 = NД. Концентрацией собственных носителей заряда, возникающих за счет перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, по прежнему пренебрегаем, в силу их малости. Возникает явление истощения примеси.
Температура TSпри которой наступает истощение примеси составляет величину порядка 50К или -223оС. Выше TS концентрация электронов в зоне проводимости сохраняется практически неизменной и равной NД.
Область высоких температур.
Высокими считаются температуры, при которых происходит столь сильное возбуждение собственных носителей заряда, что их концентрация становится больше примесных:
ni > nпр = NД.
Поэтому концентрацию электронов в зоне проводимости можно считать равной концентрации дырок в валентной зоне.
Температура Тi, при которой начинает выполняться выше приведенное условие, составляет величину порядка Тi » 660 К или 3900С..
Аналогичные соотношения можно получить для полупроводника р-типа, например, для концентрации дырок в валентной зоне для рассмотренных областей температур:
Видно (рис.4.6), что график образован тремя прямыми. В области низких температур угол наклона прямой определяется энергией активации примеси. В области температур истощения примеси концентрация электронов не зависит от температуры и график отображается горизонтальной прямой. В области высоких температур концентрация электронов сильно возрастает с повышением температуры и график отображается прямой, угол наклона которой определяется шириной запрещенной зоны.
Дата добавления: 2016-06-09; просмотров: 3502;