Электрический ток в полупроводниках

Литература:Питер Ю, М. Кардона. Основы физики полупроводников. § 5.1, 5.2, 5.5.2Дж. Займан. Основы теории твердого тела. § 6.5, 6.6

Fj

1

Электропроводность, проводимость [Ом-1м-1]

<10-8 >106

тип диэлектрик,изолятор

полупроводник проводник

зависит от Т, от освещенности, от дефектов, примесей, состава

разброс более чем в 1000 раз

Удельное сопротивление

eFdtdrm

dtrd

m

2

2

mFedtdr

vd /

Электрический транспортДвижение электрона в электрическом поле F

- время рассеяния носителей на примесях и фононах

Стационарный режим

Скорость дрейфа

Fnevj d n

Плотность тока

Проводимость

me /2 Подвижность

Плотность носителей тока

Металлы: 322 cm10~ AZNn

Полупроводники:

InAs

InN

315 cm10~ pe nnn

Время рассеяния носителей

В металлах sec10~sec/cm10

nm 10 137

Tvl

В полупроводниках

В полупроводниках типа AIIIBV

Подвижность, см2/(В·с): AlSb GaSb InSb GaAs InAs

электронов 50 5 000 60 000 4 000 3 000

дырок 150 1 000 4 000 400 200

Эффективная масса

электронов - 0.047 0.014 0.067 0.026

тяжелых дырок - 0.9 0.42 0.53 0.4

легких дырок - 0.05 0.016 0.08 0.026

100 - 1000 см2/(В·с). электронов в металле ~

Подвижность носителей тока

hhee enen vvj

Fenenj hhee

ev

hv

F

Электронно-дырочный ток в полупроводнике

Зонная структура InSb

2

2

2

)(11dkkΕd

mc

e

2

2

2

)(11dkkΕd

mv

h

Зависимость сопротивления от температуры

Металл Чистый полупроводник

kTEg 2/exp~1

kTQ ~~ 2

Ширина запрещенной зоны, Eg (eV)

>3.5 3.5- 0.5 0

тип диэлектрик полупроводник проводник

Материал ФормаEg

0 K 300 K

Элемент

C (мод. Алмаз)

н 5,4 5,46–6,4

Si н 1,17 1,12Ge н 0,75 0,67

Se п1,74

АIVВIV

SiC 3C н 2,36

SiC 4H н 3,28

SiC 6H н 3,03

АIIIВV

InP п 1,42 1,27

InAs п 0,43 0,355

InSb п 0,23 0,17

InN п 0,7

InxGa1-xN п0,7–3,37

GaN п 3,37

GaP 3C н 2,26

GaSb п 0,81 0,69

GaAs п 1,52 1,42

AlAs н 2,16

AlSb н 1,65 1,58

AlN 6,2

Как экспериментально изучают электропроводность полупроводников?

Электронные переходы при поглощении света

Прямые и непрямые межзонные переходы

ge E

Зонная структура и спектр поглощения Ge

Край собственного поглощенияg

e Ech

Примерный спектр поглощения типичного полупроводника группы III-V

Эффект Холла

R

El

Временная релаксация фотопроводимости

/~ te

gE

Проводимость примесных полупроводников

Доноры

Ge: P, As, Sb

Акцепторы

Ge: Al, Ga, In

Проводимость

чистого полупроводника примесного полупроводника

Зависимость проводимости от концентрации примеси

n p

l

kn

=n

pp

Ek

x

0U

(ТО)(U )

I пр ,мА(А)(кА)

Iобр , µА(мА)

Uобр , В(десятки-

сотни)

Uпр , В(десятые

доли- единицы)

Полупроводниковый диод

p n p

Б

Э К

n p

Б

Э К

n

Э К

Б

Э К

Б

VT VTа в

Транзистор – полупроводниковый триод

Структура биполярного n-p-n транзистора. Ток через базу управляет током «коллектор-эмиттер».

Движение электрона в кристалле

Групповая скорость волнового пакета:

kp