Полупроводниках

Помимо теплового возбуждения, приводящего к воз­никновению равновесных носителей тока, равномерно распределенных по всему объему полупроводника, возможны и другие способы обогащения полупроводника электронами и дырками: генерация их светом, потоком заряженных частиц, введение (инжекция) через контакт и т. д. Действие подобных агентов приводит к появлению дополнительных, избыточных, против равновесной кон­центрации, свободных носителей.

Образование избыточных носителей требует затраты энергии. Эта энергия черпается из внешнего агента и за­пасается непосредственно носителями тока, в то время как тепловая энергия решетки остается практически не­изменной. Поэтому в момент возникновения избыточные носители не будут находиться в тепловом равновесии с решеткой. По этой причине их называют неравновесными носителями. В отличие от равновесных они могут весьма неравномерно распределяться по объему полупроводни­ка, локализуясь в· отдельных его областях.

С течением времени, вследствие взаимодействия с ре­шеткой энергия неравновесных носителей непрерывно уменьшается и в конце концов выравнивается с энергией равновесных носителей. Расчет показывает, что такое выравнивание происходит примерно за 10^-10с, что значи­тельно меньше среднего времени жизни носителей в по­лупроводнике. Поэтому практически в течение всего времени своего существования избыточные носители об­ладают такой же энергией и другими свойствами, что и равновесные носители.

При неизменной интенсивности внешнего агента кон­центрация избыточных носителей растет вначале быст­ро, а затем, вследствие непрерывно увеличивающейся скорости рекомбинации, рост замедляется и в конце концов устанавливается стационарное состояние, при ко­тором скорость генерации носителей равна скорости их рекомбинации. Этому состоянию отвечает постоянная концентрация носителей в полупроводнике, равная n для электронов и p для дырок. Концентрация избыточных носителей в этих условиях равна:

Δп=п— п₀ и Δp=p—p₀. (3.1.)

Если в полупроводнике нет объемного заряда то Δn =Δp Это условие называется условием электронейтральности полупроводника.

Различают низкий и высокий уровни возбуждения или инжекции. При низком уровне возбуждения концен­трация избыточных носителей (Δp) значительно ниже равно­весной концентрации основных носителей (n_no) в полупровод­нике, но (Δn) может значительно превосходить концентрацию неосновных носителей (p_no). Для полупроводника n -типа это условие записывается так:

Δp<<n_no Δn>>p_no

Из этого условия следует, что при низком уровне воз­буждения

n = n_no + Δn ≈ n_no p = p_no + Δp ≈ Δp (3.2.)

При высоком уровне возбуждения концентрации из­быточных носителей значительно превосходит равновес­ную концентрацию основных (и тем более неосновных) носителей:

Δn, Δp >>n_no, p_no

Поэтому при высоком уровне возбуждения

n ≈ p ≈ Δn ≈ Δp

Из полученных соотношений видно, что при низком уров­не возбуждения избыточные носители практически не изменяют концентрацию основных носителей и могут очень сильно изменять концентрацию неосновных носи­телей.

Дата добавления: 2015-07-25