Электропроводность полупроводников в слабых и сильных электрических полях

Характер зависимости удельной электропроводности у полупро­водников от напряженности электрического поля Е в широком ин­тервале, представленной на рис. 8.8, такой же, как и в случае твердых и жидких диэлектриков. До напряженности электрического поля, называемой критической Е_кр и равной 10⁴—10⁶ В/м, удельная элек­тропроводность у не зависит от напряженности поля, т. е. соблюда­ется закон Ома —j = уЕ. Выше Е_кр удельная электропроводность у_Е с увеличением напряженности поля возрастает по экспоненциальному закону [у_£ =уехррл/£, где р — коэффициент, характеризующий по­лупроводник]. При Е= Е_пр наступает пробой. С повышением темпе­ратуры кривая зависимости у = ф(Е) перемещается вверх, а наклон возрастающей части у_Е становится меньше.

Электрические поля при Е < Е_кр считаются слабыми, а при Е > Е_кр — сильными. Граница между областями слабых и сильных полей не является четкой, определенной и зависит от природы полупроводни­ка, его температуры и концентрации примеси.

В слабых электрических полях скорость дрейфа носителей за­ряда значительно меньше скорости их теплового хаотического движения. Поэтому распределение носителей заряда по энергети­ческим уровням будет соответствовать температуре кристалличе­ской решетки. В сильных электрических полях скорость дрейфа носителей заряда соизмерима со скоростью их теплового движе­ния, а значит, в сильных полях носители заряда на длине свобод­ного пробега X приобретают энергии, соответствующие кинетиче­ским энергиям теплового хаотического движения. В результате носители заряда распределяются по энергетическим уровням, со­ответствующим более высоким температурам, чем температура кристаллической решетки (или равной ей), которая практически не изменяется. Это явление называют разогревом носителей заряда электрическим полем. Аналогичные явления наблюдаются и в ди­электриках, например, в газообразных диэлектриках в сильных полях температура ионов и электронов газов превышает темпера­туру неионизированных молекул.

На основании изложенного и исходя из того, что удельная элек­тропроводность у полупроводников определяется концентрацией

Y'

Область! Область слабых j сильных полей! полей

Рис. 8.8. Зависимость удельной электропроводности у по­лупроводника от напряженности электрического поля Е при различных температурах:

Е_кр — граничная напряженность электрического поля меж­ду областями слабых и сильных полей; Е_пр — напряжен­ность электрического поля, при которой наступает пробой полупроводника

свободных носителей заряда п и их подвижностью а (см. (8.2)), мож­но заключить следующее.

В области слабых электрических полей пиане зависят от напря­женности поля. В этой области под действием электрического поля изменяются только направления скоростей носителей заряда.

В области сильных электрических полей с увеличением напря­женности поля подвижность свободных носителей заряда а может как уменьшаться (чаще всего), так и возрастать; концентрация носи­телей заряда п и, следовательно, электропроводность всегда возрас­тают.

Различают несколько механизмов увеличения концентрации но­сителей заряда — термоэлектронную ионизацию, туннельный эф­фект и ударную ионизацию.

Дата добавления: 2015-08-09