Токи в полупроводниках. Дрейф и диффузия.

Полупроводник p-типа.

Полупроводник n-типа.

Полупроводник n-типа получают путём введения в 4-валентный полупроводник атомов 5-валентной примеси. Каждый атом такой примеси создает один свободный электрон. Такая примесь – донорная. В результате введения такой примеси полупроводник имеет вид:

Электроны – основные носители, а дырки – неосновные. Примесный полупроводник – полупроводник с электронной проводимостью.

В полупроводнике n-типа два основных носителя заряда.

Полупроводник p-типа получают путём введения в собственный, 4-валентный полупроводник 3-валентной примеси. Каждый атом такой примеси отбирает электрон от соседнего собственного атома, создавая дырки. Такая примесь – акцепторная. Плоская модель кристаллической решетки:

Два основных носителя заряда:

Для создания полупроводниковых приборов используются в основном примесные полупроводники, так как их проводимость определяется концентрацией примеси, а не температурой, освещенностью и так далее.

В полупроводнике возможны два механизма движения электрических зарядов:

1) Дрейф - движение носителей заряда под действием электрического поля.

Ток, возникающий под действием электрического поля – дрейфовый. Рассмотрим плотность такого тока:

I_др = I_{n др} + I_{p др} = е·n·μ_n·E + e·p·μ_p·E = (e·n·μ_n + e·p·μ_p)E, где

δ=(e·n·μ_n + e·p·μ_p) – удельная полу проводимость полупроводника,

e: +e – заряд дырки, -e – заряд электрона, n,p – концентрация электронов и дырок соответственно.

2) Диффузия – движение свободных носителей заряда под действием их градиента концентрации, то есть под действием сил, возникающих из-за их неравномерного распределения по объему проводника.

Знак “-“ говорит о том, что движение направлено в сторону с меньшей концентрацией. D – коэффициент диффузии, аналог подвижности. dn/dx – градиент концентрации равный grad n.

Процесс диффузии характеризуется двумя основными параметрами:

1) τ_n - время жизни избыточных, неравновесных носителей заряда. Если в какой-либо области проводника создать избыточную концентрацию, а затем устранить причину её создавшую, то под действием сил диффузии, избыточная концентрация начнёт убывать, до выравнивания по всему объёму. Время, за которое n₀ убывает в e раз (время за которое произойдет выравнивание), называется временем жизни неравновесных зарядов.

2) Диффузионная длина L_n – расстояние, на которое проникают избыточные заряды за счет диффузии.