Термоэлектронная ионизация

Начинается в области низких температур (до истощения приме­си) при напряженности электрического поля, равной и выше крити­ческой величины Е_кр. Созданное в полупроводнике электрическое поле напряженностью Е > Е_кр действует на электрон(ы) атома(ов) до- норной примеси с некоторой силой F = — qE, под действием кото­рой понижается потенциальный барьер, удерживающий электрон около атома примеси, что облегчает термическую активацию (иони­зацию) электрона и, следовательно, возрастает вероятность его пере­хода в ЗП.

Таким образом, приложенное к полупроводнику электрическое поле понижает энергию активации AW_a, необходимую для теплового заброса электронов с примесных уровней в ЗП В результате увели­чивается концентрация свободных электронов и, следовательно, воз­растает удельная электропроводность полупроводника. Концентра­ция свободных электронов п в ЗП с увеличением напряженности поля Е возрастает по экспоненциальному закону. Согласно теории Я.И. Френкеля,

п = п₀ ехрф>/£), (8.17)

где щ — концентрация свободных электронов (электронов в ЗП) в отсутствие электрического поля, щ = Лехр(—AWJ2kT)\ величина Р = Vtf³ /4ле₀^е / kT\ А — коэффициент, слабо зависящий от темпера­туры.

Зависимость концентрации свободных электронов от напряжен­ности поля, согласно (8.17), начинает наблюдаться только с некото­рой критической напряженности поля Е_кр, равной 10⁴—10⁶ В/м. В более слабых полях концентрация п и, следовательно, электро­проводность у полупроводника от величины Е практически не за­висят.

Туннельный эффект (электростатическая ионизация)

Наступает при напряженности элек­трического поля более 10⁷ В/м и в некото­рой степени аналогичен явлению холод­ной эмиссии электронов из металлов (см. гл. 12.3.2). Под действием электрического поля при Е>Е_Кр энергетические зоны по­лупроводника становятся наклонными бла­годаря тому, что во внешнем электриче­ском поле электрон приобретает дополни­тельную энергию, равную IV = —qEx и за­висящую от координаты х, указывающей расстояние, пройденное электроном сквозь потенциальный барьер в направлении электрического поля. Если эту энергию прибавить к энергии электрона, которую он имел в отсутствие электрического поля, то получим наклон энергетических зон под действием приложенного поля (рис. 8.9). Тангенс угла наклона энергетических зон пропор­ционален напряженности электрического поля. В результате наклона энергетических зон электроны из ВЗ полупроводника (переход 7) и с примесных уровней (переход 2) начнут переходить в ЗП без измене­ния энергии — путем туннельного просачивания через 33. Концен­трация свободных носителей заряда и удельная электропроводность начнут возрастать. Туннелирование с уровней донорной примеси в ЗП (переход 2), а также из ВЗ полупроводника на уровни акцептор­ной примеси осуществляется в более слабых полях, чем туннелиро­вание из ВЗ полупроводника в ЗП (переход 7). Вероятность туннель­ного просачивания электронов через 33, а следовательно, и плот­ность туннельного тока резко возрастают с увеличением напряжен­ности поля и уменьшаются с увеличением ширины 33 полупровод­ника; этот вид ионизации (в отличие от двух других) слабо зависит от температуры.

Дата добавления: 2015-08-09