Эффект внешнего поля. (режимы обеднения, инверсии и обогащения)

В полупроводниках p-типа положительный заряд дырок компенсируется отрицательным харядом электронов проводимости и акцепторных ионов.

В условиях его электрической нейтральности:

P = n + N_a (1)

Как правило в полупроводниках, используемых в электронике концентрация примеси намного превышает концентрацию неосновных свободных носителей заряда.

N_a >> n (2)

(1), (2) => p ~ N_a (3)

Предположим вблизи поверхности полупроводника p-типа создано внешнее электрическое поле, напряженность которого E перпендикулярна к этой поверхности и направлена вглубь кристалла. Под действием поля дырки дрейфуют в направлении вектора E, электроны проводимости дрейфуют в обратном направлении.

В результате в приповерхностном слое кристалла концентрация дырок уменьшается, а концентрация электронов проводимости увеличивается.

Явление изменения концентраций свободных носителей заряда в приповерхностном слое полупроводника, происходящее под действием внешнего электрического поля – эффект внешнего поля.

Режим обогащения:

Пусть E направлена во внешнюю область.

Под действием поля дырки притягиваются в приповерхностный слой, а электроны проводимости вытесняются из него.

За счёт увеличения концентрации дырок, приповерхностный слой оказывается обогащён свободными носителями заряда.

Данный режим эффекта внешнего поля – режим обогащения.

Режим обеднения:

Если вектор E направлен вглубь, то поле вытесняет дырки с приповерхностного слоя. Если E не велика по модулю, то уменьшение p сопровождается уменьшением суммарной концентрации свободных носителей заряда N.

Под действием поля приповерхностный слой кристалла оказывается обеднён свободными носителями заряда. В нём уменьшается концентрация дырок, p не компенсируется увеличением концентрации электронов проводимости n.

Данный режим эффекта внешнего поля – режим обеднения.

Режим инверсии:

Пусть Е – напряжённость вглубь кристалла и велика по модулю. Такое поле притягивает большое количество электронов проводимости, они концентрируются вблизи поверхности кристалла, образуя слой, в котором выполняется условие n>p. Этот слой – инверсный, а соответственно режим эффекта внешнего поля – режим инверсии.