Основні поняття

Дослідивши поведінку будь-якої системи при різних температурах, можна зробити висновок про фізичні процеси, що протікають в ній. Вимірювання залежності опору напівпровідникового матеріалу від температури дозволяє отримати інформацію про ширину забороненої зони і енергії активації домішок, а вимірювання термо-ерс дає можливість визначити тип провідності напівпровідникового матеріалу.

При прикладанні до напівпровідника електричного поля з напруженістю E в ньому виникає направлений рух носіїв заряду і тече електричний струм. Щільність струму J визначається таким виразом:

27

()

J = s×E,

де s – питома електропровідність напівпровідника; E – напруженість електричного поля.

Величина s прямо пропорційна концентрації вільних носіїв заряду з коефіцієнтом пропорційності m, який називається рухливістю носіїв

заряду. Таким чином, в загальному випадку за наявності в напівпровіднику вільних носіїв заряду обох знаків:

s = q× n×mn+ p×mp),

де q – елементарний заряд; n і p – концентрації електронів і дірок; mnі mp– рухливості електронів і дірок, відповідно.

Враховуючи залежність рухливості і концентрації носіїв заряду від температури, провідність напівпровідника можна записати у наступному вигляді:

s = s0×expæ− k×Tö,

де E A– енергія активації, тобто енергія необхідна для того, щоб електрон перейшов з вказаного енергетичного рівня в зону провідності; k – стала Больцмана (k =1,38×10−23 Дж/К – фізична константа, яка визначає зв'язок між температурою і енергією); s0×– постійна складова питомої провідності напівпровідника.

Для визначення значення E A на експериментальній кривій треба виділити ділянку експоненціальної зміни електропровідності від зворотної температури (у напівлогарифмічному масштабі дана ділянка є прямою лінією), виділити дві досить віддалені один від одного точки. Енергія активації може бути розрахована по наступній формулі:

EA= k lns −lns2)/(2−1/T).

Оскільки E A є енергією, яка потрібна для збудження електрона і переходу його з заданого рівня в зону провідності, то по її значенню в області слабкої іонізації домішок можна сказати про глибину залягання заданого рівня і про глибину залягання енергетичного рівня домішок в забороненій зоні матеріалу, що досліджується, тобто

28

(

E

A

÷

ç

ø

è

(

1/T

EC− ED

A 2

Графік залежності електропровідності напівпровідника від температури матиме такий вигляд:

Рис. 4.1 – Температурні залежності концентрації вільних носіїв і провідності: крива 1 – залежність концентрації носіїв від зворотної температури;

Дата добавления: 2015-11-16