2014-02-09
1952
3.1. Ток дрейфа. Если к полупроводнику не приложено напряжение, то электроны и дырки совершают тепловое, беспорядочное, хаотическое движение и никакого электрического тока, конечно, нет.
Если к полупроводнику подключить источник постоянного напряжения, то под действием разности потенциалов внутри полупроводника возникает электрическое поле, которое ускоряет электроны и дырки и сообщает им направленное движение, представляющее собой ток проводимости или другое его название – ток дрейфа.
Движение носителей заряда под действием электрического поля чаще называют дрейфом носителей, т.е. током дрейфа I др.
Полный ток дрейфа складывается из электронного и дырочного тока дрейфа
I др = I n др + I p др.
Несмотря на то, что электроны и дырки движутся в противоположных направлениях, эти токи складываются, так как движение дырок представляет собой перемещение электронов – их переход с атома на атом.
3.2. Диффузионный ток. В полупроводниках помимо тока дрейфа может быть еще диффузионный ток, причиной возникновения которого является не разность потенциалов, т.е. электрическое поле внутри проводника, а разность концентраций подвижных зарядов одного и того же типа в объеме кристалла полупроводника – или дырок или электронов.
Если подвижные заряды, или дырки или электроны, распределены равномерно по полупроводнику, то их концентрация называется равновесной.
Под влиянием каких-либо внешних воздействий в разных частях объема полупроводника концентрация может стать неодинаковой, т.е. неравновесной. Например, если часть полупроводника подвергнуть действию облучения, то в ней усилится генерация пар зарядов (электрон-дырка) и возникнет дополнительная концентрация носителей зарядов, называемая избыточной.
Так как подвижные заряды имеют собственную кинетическую энергию, то они всегда переходят из мест с более высокой концентрацией в места с меньшей концентрацией, т. е. стремятся к выравниванию концентрации. И всегда причиной диффузии является неодинаковость концентрации частиц, а сама диффузия совершается за счет собственной энергии теплового движения частиц.
Диффузионное движение подвижных носителей заряда (электроны и дырки) называется диффузионным токомI диф. Этот ток, так же как ток проводимости, может быть электронным или дырочным.
Полный ток диффузии складывается из электронного и дырочного тока диффузии
I диф = I n диф+ I p диф.
Ток дрейфа и ток диффузии, генерация пар носителей и их рекомбинация, изменение избыточной концентрации носителей во времени и пространстве не исчерпывают всего многообразия сложных явлений, происходящих в полупроводниках, но они наиболее важны и, зная их, можно правильно понять работу полупроводниковых приборов.
Выводы:
1. В чистом, беспримесном полупроводнике, другие его названия – собственный полупроводник, полупроводник i -типа, за счет тепла или иных внешних воздействий, образуется равное количество носителей зарядов – свободных электронов и дырок. Их концентрация очень мала и, следовательно, они обладают плохой электропроводимостью. Поэтому чистые полупроводники, т.е. i -типа, для изготовления полупроводниковых приборов применяются крайне редко.
2. В структуре чистых полупроводников выделяют подвижные и неподвижные заряды – отрицательные и положительные.
3. Подвижные заряды – это свободные электроны (отрицательно заряженные частицы) и дырки (положительно заряженные частицы).
4. Неподвижные заряды – это положительные ионы, т.е. атомы, потерявшие электроны с валентной орбиты.
5. Ток дрейфа – это направленное движение подвижных зарядов под действием электрического поля.
6. Ток диффузии – это направленное движение подвижных зарядов за счет разности концентрации этих зарядов в объеме кристалла полупроводника.
[1] Удельная электрическая проводимость (γ = 1 / ρ) – это проводимость единицы объема вещества, например, 1см3. Единица измерения в системе СИ – См/м.
[2] Удельное электрическое сопротивление (ρ = RS / ℓ) – это сопротивление единицы объема вещества, например, 1см3. Единица измерения в системе СИ – Ом · м.
[3] Дырку считают положительной квазичастицей, т.е. существующей условно частицей. Её заряд по величине равен заряду электрона, но со знаком плюс: q = + 1,6 · 10 – 19Кл.
[4] W = kT – это формула тепловой энергии в эВ, где k = 1,38·10–23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – температура в Кельвинах. Примечание: в макромире энергия измеряется в Дж, а в микромире в эВ, 1эВ = 1,6∙10–19Дж.
