Температурные зависимости подвижности носителя заряда и удельной проводимости

На подвижность носителей заряда в основном влияют два физи­ческих фактора; хаотические тепловые колебания атомов кри­сталлической решетки (рассеяние носителей заряда на тепловых колебаниях атомов кристаллической решетки) и электрические поля ионизированных примесей (рассеяние на ионах примесей). При больших температурах преобладает рассеяние носителей за­ряда на тепловых колебаниях атомов кристаллической решетки. Поэтому с увеличением температуры в этом диапазоне темпера­тур подвижность носителей уменьшается (рисунок 2).

Рисунок 2. Температурные зависимости подвижности носителей заряда при различных концентрациях примесей

В диапазоне малых температур с уменьшением температуры уменьшаются тепловые скорости хаотического движения носите­лей заряда, что приводит к увеличению времени пребывания носителя вблизи иона примеси, т. е. увеличивается длительность воздействия электрического поля иона примеси на носитель за­ряда. Поэтому в диапазоне малых температур с уменьшением температуры подвижность носителей также уменьшается (рисунок 2).

При увеличении концентрации примесей увеличивается и рас­сеяние на ионах примесей, т. е. уменьшается подвижность носи­телей заряда. Однако в диапазоне высоких температур преобладающим механизмом рассеяния носителей даже при большой концентрации примесей остается рассеяние на тепловых колеба­ниях атомов кристаллической решетки и соответственно кривые температурной зависимости подвижности носителей заряда в диапазоне высоких температур практически не смещаются с уве­личением концентрации примесей.

Удельная проводимость пропорциональна концентрации носи­телей заряда и их подвижности. Поэтому, зная влияние темпера­туры на концентрацию и подвижность носителей заряда, можно представить и общий ход кривой, отражающей зависимость удельной проводимости от температуры (рисунок 3).

Рисунок 3. Температурные зависимости удельной проводимости полупроводника при различных концентрациях примесей

Концентра­ция носителей заряда в полупроводниках очень сильно зависит от температуры, а на под­вижность изменение температуры влияет сравнительно слабо — по степенному закону (исключение составляют оксидные полу­проводники на основе оксидов металлов с переменной валент­ностью). Поэтому температурная зависимость удельной проводимости похожа на температурную зависимость концентрации носителей при очень малых и при больших температурах. В диапазоне температур, соответствующих истощению примесей, когда концентрация основных носителей заряда остается практически неизменной, температурные изменения удельной проводимости обусловлены температурной зависимостью подвижности.