Температурна залежність концентрації носіїв заряду

Легування напівпровідників – дозоване введення в напівпровідник домішок або структурних дефектів з метою зміни їх електричних властивостей. Найбільш поширене домішкове легування напівпровідників. Електричні властивості легованих напівпровідників залежать від природи і концентрації домішок, що вводяться. Для отримання напівпровідників з

30

електронною провідністю (n-типу) з концентрацією електронів провідності, що змінюється в широких межах, зазвичай використовують донорні домішки, створюючи "дрібні" енергетичні рівні в забороненій зоні поблизу дна зони провідності. Для отримання напівпровідників з дірковою провідністю (р-типу) вводяться акцепторні домішки, створюючи рівні поблизу верхньої межі валентної зони.

Дослідимо напівпровідник n-типу (аналогічні міркування можна провести і для напівпровідника p-типу).

На рис. 4.3 приведена температурна залежність концентрації вільних електронів для напівпровідника n-типу, легованого донорною домішкою з концентрацією ND.

Рис. 4.3 – Температурна залежність концентрації електронів в напівпровіднику n-типу

Як видно з рис. 4.3 існують три інтервали температур, в яких зміна концентрації носіїв заряду носить різний характер. Розглянемо фізичні процеси, що визначають залежність n T.

Область I (інтервал температур від T = 0 K до T). Зі збільшенням

температури концентрація вільних електронів зростає за рахунок іонізації атомів напівпровідника і атомів домішок. Але для іонізації атома напівпровідника потрібно передати електрону енергію, не меншу EG, тому в даній ділянці низьких температур власна концентрація носіїв заряду досить мала. У напівпровіднику n-типу є донорна домішка, що дає в забороненій зоні енергетичний рівень ED. Тому зростання концентрації електронів в даному діапазоні температур відбувається головним чином завдяки іонізації атомів донорних домішок. Область I називається областю слабкої іонізації або областю виморожування. Межею цього

31

()

S

інтервалу з боку високих температур є температура виснаження домішок T. Якщо якісно проаналізувати зв'язок температури виснаження домішок з глибиною залягання домішкового рівня (EC−ED) і концентрацією

домішки ND, то стане ясно, що S пропорційна вказаній величині:

EC− ED

S k×ln NC/ND

Область II (інтервал температур від T до T). При подальшому

підвищенні температури кількість іонізованих атомів домішок і, відповідно, концентрація вільних електронів в зоні провідності зростають. Нарешті, домішка повністю виснажується, після чого концентрація вільних електронів залишається практично постійною і рівною ND, оскільки вся домішка повністю іонізована і не може служити джерелом подальшого зростання числа вільних електронів, тому дана область називається областю виснаження домішки. Температура T є температурою переходу

від домішкової електропровідності до власної.

Область III (інтервал температур великих T). При підвищенні

температури в цій області концентрація електронів зростає за рахунок іонізації атомів напівпровідника, настає власна електропровідність. Температура I переходу від домішкової електропровідності до власної пропорційна ширині забороненої зони і концентрації донорних домішок:

T = k×ln(CNV /ND),

де NC і NV – ефективна щільність станів в зоні провідності і валентній зоні, відповідно.

Дата добавления: 2015-11-16