Дрифт и разпространение на носители на заряд в полупроводници

Имайте предвид, че електрическите свойства на кристала, съдържащ р-н кръстовище, дори приблизително, не могат да бъдат описани от закона на Ом. Закон на Ом, течаща в описанието на електрическата проводимост на метали в този случай не се прилага. Ето защо р-н кръстовище понякога се нарича не-омично.

р-п възел се нарича токоизправител, т.е. устройство, което преобразува променливия ток в постоянен ток. Ако р-н възел е свързан към източник на променливо напрежение, това е равносилно на много честа смяна на постоянно напрежение на батерията. През половината от всеки период р-н кръстовище преминава през висок ток, докато през втората половина на тока е много малък.

6. дифузия и дрейф на носители на заряд в полупроводници.

Преди това се обърна към проблемите на образованието на носители на заряд в кристални твърди - метали и полупроводници. Електрически ток се дължи на твърдата посока движението на свободните носители зареждане под електрическо поле. Големината на проводимостта зависи microparameters г кристали, по-специално концентрацията на носители на заряд на електроните (п) или отвори (р).

Да предположим, че кристалът има определена концентрация от п и р при температура Т на кристала (вж. Фиг.). U. приложим за кристал щам в кристала електрическо поле под действието на която електрони и дупки плаващите печалба скорост

Vdrn = MNE и Vdrr = MRE

където млн т.т. - стойността на електрон мобилността и дупка. съответно.

Тъй посока дрейф движение на носителите за зареждане в кристала електрически стойност I. ток в напречно сечение S в даден момент т а ще се проведе заряд Q = ул + ул enVdrn ЕР Vdrp или ток ще бъде равна на I = S + ЕР enVdrn Vdrp и S. съответно, плътността на тока

J = GE = (enmn + epmp) Е = (GN + GP) E (22)

Този израз е нищо повече от закона на Ом в диференциална форма. Както зависи от концентрацията на носители в полупроводници до температура, ние изследвахме горе.

Нека сега разгледаме как да се движат тези такси. Ние дефинираме потока на частиците (P), тъй като броят на частици, преминаващи за единица време през повърхност единица перпендикулярна на вектора на скоростта на частиците.

Дрейф на заредени частици е електрическото поле. текущата drefovogo плътност се определя по следната формула (22). Където плаващите такса носител възниква в резултат на външно електрическо поле, и в резултат на преразпределение на обвиненията, ефектът от примеси и т.н.

Дифузия на движение - насочено движение на носители на заряд поради различни стойности на концентрация носител в насипно състояние на полупроводници, т.е. поради наличието на градиент на концентрация (DN / DX, DP / DX). градиент концентрация могат да бъдат създадени чрез въвеждане на различни примеси в различни части на полупроводника, при граница naprmer р-п възел.

Известно е, че присъствието на градиента на концентрация създава насочено движение на носителите съгласно закона на дифузия (закона на Фик):

където Данаил - коефициент на дифузия, който определя скоростта на дифузия. Формулата показва, че посоката на потока, противоположна на посоката на растеж на частици концентрация (или посока вектор градиент концентриране).

Тъй като движението дифузия на частиците могат да бъдат свързани с дифузия ток

jdif = jndif + = jpdif -eFn EFR + = EDN (DN / DX) - ПРЕ (DP / DX) (23)

По този начин на електрическия ток в полупроводници сложен начин в зависимост от концентрацията на електрони и дупки и техните дрифт скорости и дифузия.

Очевидно е, че термичното възбуждане винаги може да прехвърли електрон от валентната зона на лентата проводимост и по този начин се променя концентрацията на електрони, така и дупки. Такъв процес се нарича поколение на носители на заряд. (Отделянето може да бъде не само, причинени от термично движение, но също, напр. Фотовъзбуждане на електрони).

От друга страна, докато се движат електрони могат да преминат за места в валентната зона и по този начин носител концентрация намалява. Такъв процес се нарича рекомбинация.

Характеристики на преминаване на електрически ток през полупроводникови определена приемственост състояние, свързано с опазването на електрически навсякъде полупроводници. Следователно, всякакви промени в производствените процеси, рекомбинация, разпространението и плаващите също са свързани помежду си.

Да разгледаме полупроводник, в която движението на носители на заряд и едновременно се появят всички тези процеси: дифузия, рекомбинация, генериране и плаващите под влиянието на електрическо поле. Концентрацията на електрони и дупки във всяка част на материала зависи от входните и изходни скоростта на таксата превозвачи чрез дифузия и дрейф на, както и чрез процеса на образуване и рекомбинацията на специален екран. Скоростта на промяна на носители на заряд в полупроводников описано навсякъде в уравнението на последователност, която, в едномерен случай могат да бъдат получени както следва.

Да разгледаме полупроводников към който електрическа сила на полето Е. изолират в полупроводниковата област с широчина DX в обхвата от х до х + DX (sm.ris.21). Обемът на този слой напречно сечение S е равна на V = SDX. Да приемем, че броят на електрони и дупки в екрана за избор е равно на п (х, у) SDX и р (х, у) SDX съответно. През DT промяна в броя на частиците е равен на (например, електрони):

DN (х, у) = SDX (¶ п / ¶ т) S DX DT

Нека разгледаме по-подробно процесите, които се случват в избрания обем.

Генериране на частици. Промяна на концентрацията на частици поради vozbkzhdeniya електрони на валентната зона може да бъде причинено от различни механизми за генериране. Тези механизми могат да бъдат разделени в равновесие (при скорости се) и не-равновесие (G). (Ние не уточни каква е разликата между тях). Следователно, общият брой носители, получени в резултат на създаване на SDX обем за единица време е равно на: (г + отида) S DX.

Рекомбинационните частици. Рекомбинацията равновесни носители характеризират Ro скорост nonequilibrium - скорост на рекомбинация равно (-DN / DT), където общият брой на носители. SDX застрашени в обем за единица време е равно.

Дифузия и дрейф на носители чрез обхвата.

Промяна на броя на носителите на обема може да се дължи на тяхната входящ и изходящ поток чрез дифузия и дрейф. Да приемем, че броят на носителите, вливащи се в избрания обем за единица време е равно на Vn (х, у) S (фигура 7), и получената броя на равен обем Vn (х + DX, т). Тогава промяната в броя на частиците в обем SDX във времето DT е:

Vn (х, у) SDT - Vn (х + DX, т) S DT = - (¶ Vn / ¶ х) DX DT S.

С оглед на горните Пълно частици промени (електрони в обема са:

¶n / ¶t S DX DT = (G + отида) S DX DT - (-DN / DT + Ro) S DX DT - (¶ Vn / ¶ х) DX DT S

Предвид факта, че процентът на равновесие на поколение и рекомбинация са равни на равновесие по дефиниция (отидете = Ro), получаваме: