подвижность электронов и дырок

Ответ от
При абсолютном нуле зона проводимости пустая, как у диэлектриков, а уровни валентной зоны полностью заполнены. Под действием избыточной энергии DWo, появляющейся за счет температуры, облучения, сильных электрических полей и т. д., некоторая часть электронов валентной зоны переходит в зону проводимости. Энергия DWo в случае беспримесного полупроводника, равна ширине запрещенной зоны и называется энергией активации. В валентной зоне остается свободное энергетическое состояние, называемое дыркой, имеющей единичный положительный заряд.
При отсутствии электрического поля дырка, как и электрон, будет совершать хаотические колебания, при этом происходят и обратные переходы электронов из зоны проводимости на свободные уровни валентной зоны (рекомбинация).
[Процессы в полупроводниках]
Электропроводность, возникающая под действием электрического поля за счет движения электронов и в противоположном направлении такого же количества дырок, называется собственной. В удельную проводимость полупроводника дают вклад носители двух типов - электроны и дырки
где n и mn — концентрация и подвижность электронов,
p и mp — концентрация и подвижность дырок.
Для собственного полупроводника концентрация носителей определяется шириной запрещенной зоны и значением температуры по уравнению Больцмана
9.2
то есть при 0< kT < DWo переброс через запрещенную зону возможен. В собственном полупроводнике концентрация электронов ni равна концентрации дырок pi, ni = pi, ni + pi = 2ni .
Подвижность носителей заряда представляет скорость, приобретаемую свободными электронами или ионами в электрическом поле единичной напряженности
, м2/(В. с)
9.3
Подвижность дырок существенно меньше, чем подвижность электронов. Подвижность электронов и дырок в некоторых полупроводниках показана в таблице.
Полупроводники
Подвижность электронов м2/(В. с)
Подвижность дырок м2/(В. с)
Ge
0.380
0.180
Si
0.135
0.050
GaAs
0.820
0.040
InAs
3.000
0.020
InSb
7.000
0.400
Наибольшая подвижность была обнаружена в антимониде индия InSb и в арсениде индия InAs.
Примесная проводимость. Поставка электронов в зону проводимости и дырок в валентную зону может быть за счет примесей, которые могут ионизоваться уже при низкой температуре. Энергия их активации значительно меньше энергии, необходимой для ионизации основных атомов вещества. Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, занимают уровни в запретной зоне вблизи дна зоны проводимости. Они называются донорными. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, располагаются на уровнях в запретной зоне вблизи потолка валентной зоны и называются акцепторными. На рисунке 9.3 показаны энергетические диаграммы полупроводника, содержащего донорные и акцепторные примеси.
Примеси с энергией DWo<0.1 эВ являются оптимальными. Их относят к "мелким" примесям. Мелкие уровни определяют электропроводность полупроводников в диапазоне температур 200–400 К, "глубокие" примеси ионизуются при повышенных температурах. Глубокие примеси, влияя на процессы рекомбинации, определяют фотоэлектрические свойства полупроводников. С помощью глубоких примесей можно компенсировать мелкие. Можно получить материал с высоким удельным сопротивлением. Например, глубокими акцепторами полностью компенсировать влияние мелких донорных примесей.
В примесном полупроводнике взаимосвязь между количеством электронов и дырок подчиняется закону действующих масс n. p=ni2, где ni собственная концентрация.