Параметры полупроводников

Одним из основных параметров полупроводника является подвижность носителей заряда μ. Подвижность носителей – их средняя направленная скорость в полупроводнике при напряжённости электрического поля Е=1 В/см.

Подвижность электронов μn всегда больше подвижности дырок μp. Это объясняется большей инерционностью дырок (соответствующей инерционности валентного электрона), чем свободных электронов. Наибольшая подвижность наблюдается у электронов в арсениде галлия.

Чем больше μ, тем выше скорость движения носителей и тем выше быстродействие полупроводникового прибора. Отсюда становится ясным преимущество высокочастотных элементов, изготовленных из электронного арсенида галлия.

Подвижность носителей заряда связана с другим параметром полупроводника – коэффициентом диффузии D следующим соотношением:

где φт =kТ/q – тепловой потенциал, который при комнатной температуре

приближённо равен 26 мВ;

k – постоянная Больцмана;

q – заряд электрона.

Коэффициенты диффузии, так же как и подвижности, имеют разные значения

для электронов и дырок, причём Dn >Dp.

Ещё одним важным параметром полупроводника является время жизни τ Временем жизни носителя заряда называется время от его генерации до рекомбинации, которое во многом определяет длительность переходных процессов в некоторых полупроводниковых приборах.

В общем случае движение носителей заряда в полупроводниках обусловлено двумя физическими процессами: диффузией и дрейфом.

Диффузией называется направленное перемещение носителей зарядов, вследствие неравномерности их концентрации, т.е. перемещение под действием изменения концентраций носителей.

Дрейфом называется направленное перемещение носителей заряда под действием электрического поля.

Электропроводность полупроводника отражена в уравнении непрерывности

2. Электронно – дырочный переход (p-n-переход)

В большинстве полупроводниковых приборах используются монокристаллы полупроводника с двумя и более участками (слоями) с различным типом проводимости (р- и n-).

В таких структурах обычно концентрация примесей существенно различна Nа >> ND или Nа << ND.

Слой, имеющий более высокую концентрацию носителей, имеет более высокую электропроводность.

В полупроводнике р-типа присутствует в равном количестве подвижные дырки заряженные положительно и неподвижные отрицательные ионы, обозначенные на рисунке

В полупроводнике n-типа также имеются подвижные электроны с отрицательным зарядом и неподвижные ионы

Структуру с повышенной концентрацией носителей принято обозначать символом p+, n-

Область p-n-перехода