Рассеяние носителей заряда в сильных полях

В слабых электрических полях носители заряда на длине сво­бодного пробега приобретают относительно малую энергию. Поэтому их распределение по энергетическим уровням соответ­ствует распределению при данной температуре кристаллической решетки. Дрейфовые скорости движения носителей заряда при этом значительно меньше так называемых тепловых скоростей, т. е. скоростей тепловых хаотических движений.

В сильных электрических полях скорость дрейфа носителей заряда соизмерима с тепловой скоростью, носители заряда на длине свободного пробега приобретают в электрическом поле энергии, соответствующие кинетическим энергиям теплового хао­тического движения При этом распределение носителей заряда по энергетическим уровням соответствует большим температу­рам, чем температура кристаллической решетки, которая оста­ется практически неизменной. Это явление называют иногда разогревом носителей. На подвижность носителей явление разо­грева может влиять по-разному.

1. При относительно больших температурах, при которых подвижность носителей заряда определяется в основном процессом рассеяния на тепловых колебаниях атомов кристаллической решетки полу­проводника, разогрев носителей заряда электрическим полем приводит к уве­личению числа столкновений носителей с атомами кристаллической решетки, т. е. к насыщению дрейфовой скорости или к уменьшению подвижности при увеличении напряженности электриче­ского поля (рисунок 5).

Рисунок 5. Зависимость дрейфовой скорости и подвижности носителей заряда от напряженности электрического поля

Именно это явление надо учитывать в полупровод­никовых приборах, если электрические поля превышают значение 10³—10⁴ В/см.

2. При относительно малых темпе­ратурах, при которых подвижность носителей заряда определяется в ос­новном процессом рассеяния на ионизированных примесях, разогрев носителей электрическим полем приводит к уменьшению времени нахождения носителя в поле ионизированной примеси, т. е, к уменьшению рассеяния носителя и, следовательно, к увеличению подвижности. Таким образом, увеличение подвижности с увеличением напряженности электри­ческого поля в полупроводниковых приборах может происходить только при очень низких температурах.