Вопрос 6 .Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике

Уравнение (1.14) справедливо только для равновесных носителей заряда, то есть в отсутствие внешних воздействий.

(1.16)

Пусть полупроводник легирован донорами с концентрацией ND. При комнатной температуре в большинстве полупроводников все доноры ионизованы, так как энергии активации доноров составляют всего несколько сотых электронвольта. Тогда для донорного полупроводника (рис. 1.7)

(1.17)

Концентрацию дырок в донорном полупроводнике найдем из (1.16):

1.18)

На рисунке 1.7 приведена зонная диаграмма полупроводника n-типа, показывающая положение энергетических уровней донорной примеси ED и схематическое соотношение концентраций основных n0 и неосновных p0 носителей.

Рис. 1.7. Зонная диаграмма полупроводника n-типа

Соответственно если полупроводник легирован акцепторами с концентрацией NA, то концентрации основных p0 и неосновных n0 носителей будут

(1.19)

На рисунке 1.8 приведена зонная диаграмма полупроводника p-типа, показывающая положение энергетических уровней акцепторной примеси EA и схематическое соотношение концентраций основных p0 и неосновных n0 носителей.

Рис. 1.8. Зонная диаграмма полупроводника p-типа

Зонная диаграмма однородного п/п при наличии внешнего поля.

В виду электронейтральности примеси распределено равномерно =>химический потенциал равен const, а это значит от уровня Ферми до краев разрешенной зоны будет const. =>что приводит к grad ур. Ферми. Внешнее поле вызывает протекание электрического тока при замкнутой цепи.

Вопрос7 Зонная диаграмма неоднородного п/п.

Неоднородные п/п – в котором примеси распределены неравномерно по объемам. Неоднородное распределение примеси в виде grad концентрации создается технологическим путем.

Рассмотрим п/п п-типа .в рабочем диапазоне все примеси ионизированы и Ne=Nd, тогда ур-ие записывается в виде .следовательно разность с уменьшением концентрации уменьшается ,поскольку в равновесной системе ур. Ферми =const, то энергетические зоны приобретают наклон,т.е. изменение электростатического потенциала. В неоднородном п/п имеется внутр. электр. поле, в котором возможен дрейфовые носители ,т.к. цепь разомкнута то дрейфовые потоки направлены навстречу

.

Зонные структуры примесных п/п.

Рассмотрим донорную примесь. Введем 5 мышьяк.

Донор-это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электрон и способный в возбужденном состоянии передать электрон в запрещенную зону.

- энергия ионизации доноров. Энергия ионизации доноров- min энергия , которую нужно сообщить электрону находящимся на уровне донора, чтобы переместить его в зону проводимости, т.к. , то при комнатной температуре число свободных электронов, воъникших в результате ионизации доноров примеси значительно больше электроны появляются в следствии тепловой генер-ции.

Энергия ионизации акцепторов - min энергия,которую нужно сообщить электрону для перевода его на акцепторный уровень. .

Ловушки. Сущест-ют примеси ,у которых эн.уровни расположены в середине запрещ.зоны=>обеспечивается генерация и рекомбинация носителей. Такие уровни назыв-ся генерационно-комбинационным центром,их наличие влияет на время жизни. Сущест –ют примеси эн.уровни ,у которых расположены в верхней ли бо в нижней четверти запрещенной части. В отличии от генерационно-комбинационных центров они захватывают носителей из ближней зоны только на время, затем отдают в ту же зону откуда взяли- эти уровни на некоторое время “вводят из игры” носителей, что сказывается на время жизни носителей такие ловушки назыв – ловушки захвата.

Если концентрация ловушки велика и время нахождения носителей в ловушке велико, то эффективное время жизни будет отлич-ся от норм-ого,т.к. носитель в течении некоторого времени не сможет рекомбинировать.