5.Получите зависимость концентрации носителей в примесных полупроводниках от температуры. Раскройте закон действующих масс.

На рисунке показаны качественные кривые зависимости логарифма концентрации электронов в зоне проводимости в n-полупроводнике от обратной температуры при различных концентрациях примеси. На кривой можно выделить три участка: I-участок, соответствующий примесной проводимости полупроводника, II-участок, соответствующий области истощения примеси, III- участок собственной проводимости полупроводника. У полупроводников с высокой концентрацией примеси участок истощения примеси отсутствует (см. кривую ND4).

В примесных полупроводниках проводимость обусловлена в основном носителями одного типа: в n-полупроводниках - электронами зоны проводимости, т.к. их концентрация значительно превышает концентрацию дырок, а в р-полупроводниках дырками. Электроны в n-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике называют основными носителями заряда. Наряду с основными носителями в примесных полупроводниках содержатся неосновные носители заряда это дырки - в n-полупроводниках и электроны в р-полупроводнике. Основные носители обозначают n_no, p_poи неосновные n_po, p_no. Таким образом в n-полупроводнике концентрация электронов n_no, а концентрация дырок p_no.

В том случае закон действующих масс можно записать в виде n_no*p_no=n_i² для

n-полупроводника,(2.4.7)n_po*p_po=n_i²для р-полупроводника.

Из (2.4.7) следует, что легируя полупроводник примесью, мы повышаем концентрацию основных носителей, что приводит к понижению концентрации неосновных носителей, т.к. их произведение должно оставаться неизменным.

6.Охарактеризуйте неравновесных носителей. Раскройте процесс рекомбинации носителей.

Наряду с процессом тепловой генерации электронов и дырок вследствие перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости в полупроводниках протекает процесс рекомбинации свободных носителей. Если бы процесс генерации был единственным, то концентрация свободных носителей непрерывно возрастала с течением времени. Процесс генерации носителей уравновешивается рекомбинацией носителей. Электрон в зоне проводимости может потерять вследствие определенных причин энергию и перейти опять в валентную зону.При этом ликвидируется как электрон проводимости, так и дырка в валентной зоне.

При любой температуре в полупроводниках устанавливается равновесие между процессом тепловой генерации носителей и процессом рекомбинации. Этому равновесию соответствует равновесная концентрация носителей. Такие носители называются равновесными. Закон действующих масс применим только к равновесным носителям.

Если генерация носителей заряда осуществляется под действием других факторов, а не вследствие повышения температуры, таких как облучение светом, введение носителей заряда извне за счет электрического поля и т.п., то концентрация носителей будет отличаться от равновесной. В полупроводнике появятся избыточные носители называемые неравновесными носителями. Концентрации таких носителей обозначают через n и p. Полная концентрация носителей заряда будет равна:

n=n0+nи p=p0+p (2.5.1) где n_o и p_o - равновесные концентрации.

Каждый неравновесный носитель возникнув в полупроводнике существует в нем определенное время ограниченное его рекомбинацией. Для отдельных носителей это время различно, поэтому вводят среднее время жизни носителей, которое для электронов обозначают n, а для дырок p.

Процесс генерации характеризуется скоростью генерации G, которая равна числу носителей появляющихся в единицу времени в единичном объеме полупроводника. Аналогично процесс рекомбинации характеризуют скоростью рекомбинации

Знак минус указывает на то, что в процессе рекомбинации концентрация носителей уменьшается.