23. Диаграмма энергетических зон примесных полупроводников.

Донорные и акцепторные полупроводники

Уровни доноров E_D и акцепторов E_A расположены в запрещенной зоне:  уровни E_D -вблизи дна зоны проводимости,  уровни E_А -вблизи потолка валентной зоны.  Отрыв лишнего электрона от донора или добавление недостающего электрона к акцептору требует затраты энергии ионизации . (Eион) 

     Энергетические уровни примесных атомов, расположенные вблизи разрешенных зон, называются мелкими. Ряд примесей дает глубокие уровни, находящиеся вблизи середины запрещенной зоны.       Энергетические уровни доноров и акцепторов могут быть как мелкими, так и глубокими. Более того, одна примесь может создавать несколько уровней в запрещенной зоне. Ловушками захватаявляются дефекты решетки, нейтральные в условиях термодинамического равновесия и способные захватывать носители заряда одного знака и освобождать их. Энергетические уровни таких ловушек лежат вблизи разрешенных зон и не принимают участия в процессах рекомбинации, иногда их называют уровнями прилипания.       Ловушки, участвующие в процессах рекомбинации, называются рекомбинационными, они характеризуются глубокими уровнями.       Особую роль в любом реальном полупроводнике играет его поверхность. Структурные нарушения кристаллической решетки и наличие адсорбированных атомов создают вблизи поверхности дополнительные энергетические уровни, называемые поверхностными. Эти уровни могут занимать различное положение на энергетической диаграмме, чаще всего они находятся в пределах запрещенной зоны.

24. Расчет параметров электронов и дырок в примеснх полупроводниках.

25. Явление переноса в условиях станционной неравновестности.

26. Дрейфовая и диффузионная электропроводности. Диффузия.

27. Эффект Холла.

28. Неравновесные процессы в полупроводниках.

Неравновесное состояние полупроводника возникает при каком-либо внешнем энергетическом воздействии, в результате которого концентрации подвижных носителей заряда становяться отличными от равновесных. Таким воздействием может быть облучение полуроводника светом, в результате чего появляются дополнительные (избыточные) носители заряда. В полупроводниковых приборах неравновесное состояние полупроводника возникает обычно при введении в него (или выведении из него) неосновных носителей заряда из внешней електрической цепи через электронно-дырочный переход. Процесс введения неосновных носителей заряда называется инжекцией, а процесс выведения - экстракцией.

Hа рис. 1.8,а представлен дырочный полупроводник, в который через сечение xp инжектируются электроны. Пpи этом в полупpоводнике одновpеменно происходят два очень важных процесса. Во-пеpвых, возрастание концентpации электpонов на поверхности полупpоводника неизбежно ведет к возникновению их диффузии в глубинные области; диффундируя они встречаются с дырками и pекомбиниpуют. Во-втоpых, введение избыточных электpонов нарушает электpонейтpальность области, примыкающей к поверхности полупpоводника, что ведет к образованию внутреннего электрического поля, смещающего дырки из глубинных областей к поверхности полупpоводника, в pезультате чего происходит частичная компенсация инжектированного отрицательного заpяда. Вpемя, в течение котоpого происходит этот процесс, называется временем диэлектрической релаксации. Оно составляет около 10-12с. Полной компенсации инжектированного заpяда произойти не может, так как в этом случае исчезнет внутреннее поле.

 

Таким образом в результате инжекции возрастает концентрация как неосновных, так и основных носителей заряда. На рис.1.8,б показано распределение концентрации электронов и дырок:

n(x) = n_p+ D n(x); (1.17)

p(x) = p_p+ D p(x). (1.18)

 Поскольку концентрации n_p и p_p отличаются на несколько порядков, то для совмещения графиков n(x) и p(x) средняя часть вертикальной оси удалена. При этом выполняется условие) D n(x) @ Dp(x). В случае экстракции электронов из дырочного полупроводника (рис. 1.9,а) происходит уменьшение концентрации электронов в приповерхностной области и возникает диффузия электронов в направлении справа налево. При этом также возникает внутреннее электрическое поле, сдвигающее дырки вглубь полупроводника. Распределение концентрации электронов и дырок:

n(x) = n_p - D n(x); (1.19) p(x) = p_p - D p(x) . (1.20)

принимает вид, показанный на рис. 1.9,б.