Laboratorium Elektroniki cz I 2

140

W zakresie tym koncentracje nośników mniejszościowych są proporcjonalne do kwadratu koncentracji nośników samoistnych n\ (zależność (7.5)).

140

typ n: p_n =

■?

ⁿd-ⁿa

(7.5)

II:

typ p: n =-^!—

P N_a-N,

A ~"D

Zmiany koncentracji tych nośników charakteryzuje się za pomocą odpowiednich względnych współczynników temperaturowych, definiowanych zależnością (7.6).

dn

_L^Pn₌_L

p_n dT n_p dT

„    7 W_Q

P ₌_i ₊_L_ -

T k-P

“2-Yi

(7.6)

Pod koniec tego przedziału temperatur, gdy temperatura przyrządu półprzewodnikowego zbliża się do temperatury granicznej T₂, energia kinetyczna uzyskiwana przez elektrony z pasma walencyjnego staje się porównywalna z szerokością pasma zabronionego W_g i rozpoczyna się gwałtowny proces jonizacji termicznej nośników samoistnych (rys. 7.1 - prosta przerywana). Koncentracja ich gwałtownie rośnie. W pewnym momencie koncentracje nośników samoistnych i domieszkowych zrównują się, co ma miejsce dla temperatury granicznej T₂ zależnej od materiału półprzewodnikowego i koncentracji domieszek (tabl. 7.2), a zawierającej się w granicach od około 400 K do ponad 500 K. Od tego momentu koncentracja nośników samoistnych znowu gwałtownie rośnie, a półprzewodnik można traktować jako samoistny.

Tablica 7.2

Zależność temperatury przejścia T₂ w stan samoistny

	N[m'^3]	10^19	o ro o	10^21	2-10^21	4-10^22	10^23
Si	[K]	413	473	533	573	673	803
GaAs		573	673	773	-	-	-

7.2.2. Zjawiska transportu nośników

Podstawowymi mechanizmami transportu nośników w półprzewodniku są unoszenie w polu elektrycznym i dyfuzja nośników w wyniku istnienia różnicy koncentra*

141

ęji. W pierwszym przypadku parametrem charakteryzującym transpo tak zwana ruchliwość nośników ładunku p (zależność (7.7)):

p = —iU—■    (7.7)

q • n- E

gdzie: lu - gęstość prądu unoszenia, n - koncentracja nośników,

E - natężenie pola elektrycznego.

Parametr ten charakteryzuje zdolność danego materiału do przewodzenia strumienia nośników, która to zdolność w istotny sposób uwarunkowana jest przez:

•    koncentrację nośników;

•    natężenie pola elektrycznego;

•    rozpraszanie nośników na fononach (tj. węzłach sieci krystalicznej);

•    rozpraszanie nośników na jonach domieszek.

Rys. 7.2. Temperaturowa zależność ruchliwości nośników swobodnych

Zależność temperaturową ruchliwości nośników przedstawiono na rys. 7.2. W zakresie niskich temperatur (0-150 K) rozpraszanie nośników na fononach jest pomijalnie małe, gdyż drgania atomów sieci krystalicznej są bardzo małe, a więc prawdopodobieństwo zderzeń jest minimalne. Istotne jest rozpraszanie nośników na jonach domieszek będące oddziaływaniem elektrostatycznym. Ze wzrostem tempe-