Измерение дрейфовой подвижности

Контроль параметров носителей заряда.

Подвижностью носителей заряда m называется коэффициент пропорциональности между скоростью дрейфового движения v носителей заряда в постоянном электрическом поле и величиной напряженности электрического поля E:

v = mE. (5)

Подвижность носителей заряда представляет собой один из важнейших параметров полупроводникового материала, который определяется рассеянием носителей заряда на тепловых колебаниях решетки, нейтральных и ионизированных примесях, на носителях заряда другого знака, а также на вакансиях и дислокациях решетки полупроводника. В свою очередь подвижность определяет электропроводность материала, частотные характеристики полупроводникового прибора и т.д.

Наибольшее значение в рассеянии носителей заряда имеют механизмы рассеяния на тепловых колебаниях решетки и на ионах примесей. Так как физические механизмы этих типов рассеяния различны, то для полупроводника вводят две величины подвижности носителей - для каждого из указанных механизмов. Соответственно величина дрейфовой подвижности с учетом двух механизмов рассеяния составит:

1/m_дрейф. = 1/m_тепл. + 1/m_{примесн.}. (6)

Величина подвижности для механизма рассеяния на ионах примеси зависит от концентрации данной примеси и температуры, а величина подвижности для механизма рассеяния на тепловых колебаниях решетки - от температуры полупроводника.

Подвижность носителей, соответствующая рассеянию на тепловых колебаниях решетки будет меняться в зависимости от температуры Т по закону:

m(Т) = аТ^-3/2. (7)

Подвижность носителей при рассеянии их на ионах примеси определяется выражением:

m(Т) = вТ^3/2. (8)

Из выражений (7) и (8) следует, что при низких температурах рассеяние носителей заряда будет в основном определяться их рассеянием на ионах примеси, а при более высоких температурах основным механизмом будет рассеяние на тепловых колебаниях решетки. На Рис. 8 приведена принципиальная схема измерения дрейфовой подвижности неосновных носителей заряда.

Рис. 8. Схема измерения подвижности носителей заряда.

Метод основан на измерении скорости перемещения (скорости дрейфа) носителей заряда, введенных в определенном участке полупроводника. Сущность метода заключается в следующем. В полупроводнике создают электрическое поле Е с помощью внешнего источника напряжения. В некоторый момент времени через точечный эмиттерный контакт Э в образец инжектируют неосновные носители заряда. Эти носители, попав в электрическое поле в полупроводнике, перемещаются вдоль образца со скоростью дрейфа, определяемой уравнением (5). Через некоторое время неосновные носители достигают коллекторного контакта К, на который подано отрицательное смещение, при котором коллектора могут достичь только неосновные носители заряда. При отсутствии инжекции неосновных носителей с эмиттера, величина тока коллектора пропорциональна концентрации неосновных носителей вблизи коллектора. Поэтому момент, когда инжектированные носители заряда достигнут коллектора, фиксируется по возрастанию тока коллектора. На практике используют импульсные схемы измерения, которые позволяют достаточно точно измерить время дрейфа неосновных носителей от эмиттера к коллектору. В этом случае величина дрейфовой подвижности будет равна:

, (9)