1.2. Дрейф импульса неосновных носителей заряда

в электрическом поле

Рассмотрим движение импульса неосновных носителей заряда в полупроводнике, находящимся во внешнем электрическом поле. Для определения закона движения импульса неосновных носителей необходимо решить уравнение непрерывности:

(4.9)

где р- избыточная концентрация дырок,

- время жизни дырок,

D- коэффициент диффузии дырок.

Первое слагаемое в правой части уравнения характеризует процесс рекомбинации, второе- диффузии, третье- дрейфа дырок под действием внешнего поля.

Решение данного уравнения для случая движения импульса неосновных носителей имеет вид:

(4.10)

где В₀ – константа.

Д анное решение показывает, что в условиях электронейтральности импульс избыточных носителей заряда дрейфует в направлении электрического поля со скоростью _pЕ, расширяясь по мере движения за счет процесса диффузии и уменьшается по амплитуде в результате рекомбинации.

Наряду с указанными изменениями у импульса избыточных носителей заряда нарушается форма из-за модуляции проводимости. В той части образца, где находятся избыточные носители заряда, возрастает проводимость за счет увеличения общей концентрации как неосновных так и основных носителей заряда. Поскольку электрическое поле распределяется обратно пропорционально проводимости, то в той части, где находятся избыточные носители заряда, оно меньше, чем в соседних частях. Электрическое поле минимально в центре импульса инжектированных носителей заряда и, центр импульса дрейфует с минимальной скоростью. В результате передний фронт импульса, удаляется от него, тогда как задний фронт догоняет центр импульса, все более приближаясь к нему. Таким образом, происходит нарушение симметрии импульса инжектированных носителей заряда. Описанный эффект модуляции проводимости не характеризуется решением (4.10), так как в уравнении непрерывности предполагалось постоянное электрическое поле.

1.3. Методика измерения дрейфовой подвижности

Сущность метода измерения дрейфовой подвижности неосновных носителей заряда заключается в следующем. Пусть в полупроводниковом образце создано электрическое поле Е (рис. 4.1). В некоторый момент времени через точечный эмиттерный контакт Э в образец инжектируются неосновные носители заряда. Эти носители, попав в электрическое поле Е, перемещаются вдоль образца со скоростью _pЕ и через некоторое время достигают коллекторного точечного контакта К, установленного на образце на расстоянии l от эмиттера. Величина тока, протекающего через коллектор при отрицательном смещении, пропорциональна концентрации неосновных носителей вблизи коллектора. Поэтому момент, когда инжектированные носители достигнут коллектора, может быть зафиксирован по возрастанию тока. Если схема позволяет измерить время дрейфа носителей t_др, то подвижность инжектированных носителей заряда можно просто определить из соотношения:

(4.11)

2. Описание установки

Структурная схема экспериментальной измерительной установки для определения дрейфовой подвижности неосновных носителей заряда представлена на рис. 4.2.

В состав установки входят: генератор импульсов Г5-54, источник питания TEC14, двухканальный осциллограф С1-82 и измерительная ячейка с исследуемым образцом.

Полупроводниковый образец, на котором производится измерения, представляет собой прямоугольный брусок, вырезанный из монокристаллического слитка. На образце на расстоянии 0,6 см установлены два точечных зонда, один из которых служит эмиттером Э, другой- коллектором К.

Установка работает следующим образом.

От источника питания на образец подается постоянное напряжение U_п. С генератора импульсов на эмиттер подаются с постоянной частотой импульсы длительностью _г и амплитудой U_г (рис. 4.3 а), которые регистрируются первым каналом осциллографа. С момента подачи импульса инжектированные эмиттером неосновные носители начинают дрейфовать в электрическое поле Е, созданном генератором импульсов и источником питания. К моменту времени t₂ (рис. 4.3 б) инжектированные прежним фронтом импульса генератора носители достигнут коллектора и увеличат падение напряжения на сопротивлении нагрузки R, которое регистрируется вторым каналом осциллографа. Время дрейфа тогда можно определить как t_др=t₂-t₁ из осциллограммы коллекторного напряжения (рис. 4.3 б).

Напряженность электрического поля, под действием которого дрейфуют неосновные носители, в этом случае будет равна:

(4.12)

где U_П – напряжение источника питания.