Вопрос 5. Температурный диапазон работы примесных пп. Уравнение нейтральности.

Полупроводник подвержен нагреву как извне (температура окружающей среды), так и “изнутри” за счет превращения электрической энергии в тепловую – в рабочем состоянии пп прибор “горячее” окружающей среды.

График показывает зависимости концентраций от температуры примесного полупроводника n-типа с концентрацией примеси N_Д=10¹⁶см^3 для кремния и германия. При Т=0К в пп отсутствуют свободные электроны. При повышении температуры примерно до Т=60К тепловая энергия КТ превышает энергию ионизации примеси и практически все доноры ионизированы. Т=60К – нижняя граница примесного полупроводника.

Дальнейшее повышение температуры не изменяет концентрацию основных зарядов, а вызывает увеличение концентрации неосновных носителей заряда n_i=p_i, при Т=300К их концентрации составляют ni=10¹³см^-3 для германия и ni=10¹⁰см^-3 для кремния. Верхняя граница для германия примерно Т=360К и для кремния 420К. При этих критических температурах примесный полупроводник вырождается в собственный. В этом смысле кремний имеет существенное преимущество перед германием. Для увеличения верхней границы рабочих температур необходимо увеличивать концентрацию примеси и использовать материалы с большей шириной ЗЗ.

Уравнение нейтральности полупроводников.

Наличие в пп зарядов разных знаков приводит к тому, что суммарный заряд некоторого объема пп равен нулю: Q=0. В общем виде уравнение нейтральности для плотности заряда записывается:

(1.21)

где q – элементарный заряд,

+qp - суммарный заряд дырок ( ),

qn=еn - суммарный заряд электронов ( ),

+qNД - суммарный заряд ионов доноров () ,

 qNД - суммарный заряд ионов акцепторов () .

1. Собственный полупроводник	2. Полупроводник n – типа	3. Полупроводник p – типа
Fi=Е C V ni pi	Е NД* Fn C + + + + + n V - - - - -	Е Fp NА* р C V
q(pini)=0	q(NД*n)=0	q(pNА*)=0

Вопрос 6. Термогенерация. Рекомбинация. Время жизни. Закон действующих масс.

Термогенерация – процесс образования электронно – дырочной пары под действием тепловой энергии - температуры.

Рекомбинация – процесс, обратный термогенерации, переход электронов из зоны проводимости на свободные валентные уровни.

- среднее время жизни электрона обратно пропорционально концентрации дырок n=106÷108 сек. Rn=n/n =rnp -скорость рекомбинации электронов. - время жизни дырки. Rр=p/p =rnp - скорость рекомбинации дырок.

Для примесного полупроводника

R=R_n=R_p =rnp

Для собственного полупроводника

R_i=rn_ip_i=rn_i²

При малых концентрациях примесей скорость рекомбинации в собственных и примесных полупроводниках примерно одинаковы R=R_i, следовательно (1.12)

np=n_i²

Это правило - закон действующих масс.

Для полупроводника n-типа равновесная концентрация основных зарядов

n_no=N_Д*, (1.22)

Равновесная концентрация неосновных зарядов

p_no=n_i²/N_Д*, (1.23)

Для полупроводника p-типа равновесная концентрация основных зарядов

p_po=N_А*, (1.24)

Равновесная концентрация неосновных зарядов

n_po=n_i²/N_А*, (1.25)

Примеры действия закона действующих масс для полупроводника n- типа на основе кремния и для полупроводника p- типа на основе германия с концентрацией примесей 10¹⁶см^3.