4. Токи в примесном полупроводнике.

Различают тепловое, дрейфовое и диффузионное перемещения подвижных зарядов в структуре примесного полупроводника.

Тепловое движение свободных носителей заряда – электронов и дырок, совершается в кристалле полупроводника беспорядочно, хаотически. Поскольку при тепловом перемещении частиц все направления этого движения равновероятны, т.е. направленного движения нет, то и электрического тока нет.

Ток дрейфа. Если к примесному полупроводнику р-типа или n-типа подключить источник постоянного напряжения, то внутри полупроводника возникает электрическое поле, которое ускоряет электроны и дырки и сообщает им направленное движение, представляющее собой ток дрейфа Iдр.

Движение зарядов под действием электрического поля называют током дрейфа. Полный ток дрейфа складывается из электронного и дырочного тока дрейфа

I др = I n др + I p др .

Слагаемые тока дрейфа неодинаковы по величине, т.к. в примесных полупроводниках концентрация основных подвижных зарядов больше, чем неосновных. Следовательно, в полупроводнике n-типа I n др ≫ I p др, а в полупроводнике р-типа наоборот – I р др ≫ I n др.

Несмотря на то, что электроны и дырки движутся в противоположных направлениях, эти токи складываются, так как движение дырок представляет собой перемещение электронов.

Диффузионный ток. В примесных полупроводниках р-типа или n-типа помимо тока дрейфа Iдр может быть ещё и диффузионный ток Iдиф, причиной возникновения которого является не электрическое поле внутри полупроводника, а разность концентраций зарядов одного и того же типа в объёме кристалла полупроводника – или дырок или электронов.

Если носители заряда, или дырки или электроны, распределены равномерно по полупроводнику, то их концентрация называется равновесной.

Под влиянием каких-либо внешних воздействий в разных частях объёма полупроводника концентрация зарядов может стать неодинаковой, т.е. неравновесной. Например, если часть полупроводника подвергнуть действию облучения, то в ней усилится генерация пар зарядов – дырок и электронов и возникнет дополнительная концентрация зарядов, называемая избыточной.

Так как заряды имеют собственную кинетическую энергию, то они всегда переходят из мест с более высокой концентрацией в места с меньшей концентрацией, т.е. стремятся к выравниванию концентрации. И всегда причиной диффузии является неодинаковость концентрации частиц, а сама диффузия совершается за счёт собственной энергии теплового движения частиц.

Диффузионное движение подвижных зарядов (электронов и дырок), т.е. движение из-за разности концентраций, называется диффузионным током Iдиф.

Диффузионный ток, так же как ток дрейфа (проводимости), может быть электронным или дырочным.

Полный ток диффузии складывается из электронного и дырочного тока диффузии

I диф = I n диф + I p диф .

Слагаемые тока диффузии неодинаковы по величине, т.к. в примесных полупроводниках концентрация основных подвижных зарядов больше, чем неосновных. Следовательно, в полупроводнике n-типа I n диф ≫ I p диф, а в полупроводнике р-типа наоборот – I р диф ≫ I n диф.

Примесные полупроводники используются для создания электронно-дырочных переходов (другое название – р-n-переходов) на основе которых создаются различные полупроводниковые приборы – диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы и др.