1. Основні поняття

Дослідивши поведінку будь-якої системи при різних температурах, можна зробити висновок про фізичні процеси, що протікають в ній. Вимірювання залежності опору напівпровідникового матеріалу від температури дозволяє отримати інформацію про ширину забороненої зони і енергії активації домішок, а вимірювання термо-ерс дає можливість визначити тип провідності напівпровідникового матеріалу.

При прикладанні до напівпровідника електричного поля з напруженістю E в ньому виникає направлений рух носіїв заряду і тече електричний струм. Щільність струму J визначається таким виразом:

27

 

J E,

де – питома електропровідність напівпровідника; E – напруженість електричного поля.

Величина прямо пропорційна концентрації вільних носіїв заряду з коефіцієнтом пропорційності , який називається рухливістю носіїв

заряду. Таким чином, в загальному випадку за наявності в напівпровіднику вільних носіїв заряду обох знаків:

qn_n p_p ,

де q – елементарний заряд; n і p – концентрації електронів і дірок; _n і _p – рухливості електронів і дірок, відповідно.

Враховуючи залежність рухливості і концентрації носіїв заряду від температури, провідність напівпровідника можна записати у наступному вигляді:

₀ exp^−_kT^,

де E _A – енергія активації, тобто енергія необхідна для того, щоб електрон перейшов з вказаного енергетичного рівня в зону провідності; k – стала Больцмана (k 1,3810⁻²³ Дж/К – фізична константа, яка визначає зв'язок між температурою і енергією); ₀ – постійна складова питомої провідності напівпровідника.

Для визначення значення E _A на експериментальній кривій треба виділити ділянку експоненціальної зміни електропровідності від зворотної температури (у напівлогарифмічному масштабі дана ділянка є прямою лінією), виділити дві досить віддалені один від одного точки. Енергія активації може бути розрахована по наступній формулі:

E_A k ln−ln₂/ ₂ −1/T .

Оскільки E _A є енергією, яка потрібна для збудження електрона і переходу його з заданого рівня в зону провідності, то по її значенню в області слабкої іонізації домішок можна сказати про глибину залягання заданого рівня і про глибину залягання енергетичного рівня домішок в забороненій зоні матеріалу, що досліджується, тобто

28



E

A











1/T

1

1

E_C −E_D

^A 2

Графік залежності електропровідності напівпровідника від температури матиме такий вигляд:

Рис. 4.1 – Температурні залежності концентрації вільних носіїв і провідності: крива 1 – залежність концентрації носіїв від зворотної температури;

крива 2 - залежність провідності напівпровідника від зворотної температури.

В області власної провідності, коли положення заданого рівня близьке до середини забороненої зони, то справедливе таке співвідношення:

₀ exp^−_2kT^

Тобто в області власної провідності E_A E_G / 2.