Уровень Ферми носителей заряда в примесном полупроводнике p-типа

Энергия Ферми неосновных носителей заряда n_p в примесном по-лупроводнике p-типа определяется выражением:

.

Поскольку энергия Ферми будет отрицательна (n_p<N_c), уровень Ферми, соответствующий этой энергии, будет располагаться вблизи середины запрещенной зоны.

Уровень Ферми основных носителей заряда, соответствующих невырожденному дырочному газу в области низких температур, будет располагаться между потолком валентной зоны и акцепторным уров-нем.

E_V

E_C

E_a

μ_n

μ_p

Рис. 10. Положение уровня Ферми в невырожденном полупроводнике р-типа

В случае вырожденного дырочного газа основных носителей за-ряда химический потенциал, соответствующий энергии Ферми, будет определяться:

, .

E_V

E_C

E_a

μ_n

μ_p

Рис. 11. Положение уровня Ферми в вырожденном полупроводнике р-типа

Для области низких температур уровень Ферми, соответствую-щий энергии Ферми дырочных основных носителей заряда, будет рас-полагаться в валентной зоне. С увеличением температуры уровень Ферми будет стремиться к середине запрещенной зоны.

Лабораторное задание:

Варианты заданий.

Элемент примеси	Концентрация примеси см-3
	1014	1016	1018	1020	1022
	Варианты заданий
B	1, Ge	2, Si	3, GaAs	4, Ge	5, Si
In	6, GaAs	7, Ge	8, Si	9, Si	10, GaAs
Al	11, Si	12,GaAs	13, Ge	14,GaAs	15, Ge
As	16, Ge	17, Si	18,GaAs	19, Ge	20, Si
P	21,GaAs	22. Ge	23, Si	24, Si	25, GaAs

1. Рассчитать и построить график изменения концентрации носи-телей заряда в собственном полупроводнике (по указанию преподава-теля) от температуры n₁=n₁(T).

2. Рассчитать и построить график изменения уровней Ферми для электронных и дырочных носителей заряда собственного полупровод-ника от температуры m_n=m_n(T) и m_p=m_p(T).

3. Рассчитать положение уровней Ферми электронных и дырочных носителей заряда на зонной диаграмме.

4. Построить график функции распределения для носителей заряда в собственном полупроводнике.

5. Построить график функции распределения основных носителей заряда в примесных полупроводниках n- и p-типа (по указанию препо-давателя).

6. Рассчитать и построить графики изменения концентрации основ-ных носителей заряда от температуры в примесных полупроводниках n-типа и p-типа (по указанию преподавателя) n_n0=n_n0(T) и p_p0=p_p0(T).

7. Рассчитать и построить графики изменения уровня Ферми от тем-пературы для основных носителей заряда примесных полупроводни-ков n-типа и p-типа (по указанию преподавателя) для случаев невы-рожденного и вырожденного электронного и дырочного газа m_nn=m_nn(T) и m_pp=m_pp(T).

8. Рассчитать положение уровней Ферми основных и неосновных носителей заряда в примесных полкпроводниках n-типа и p-типа

(по указанию преподавателя) на зонной диаграмме при температуре 300 К.