exp jest proporcjonalne do czynnika Boltzmanna exp(-e kbt (szerokość przerwy energetycznej między pasmami) g /k B

Transkrypt

1 Koncentracja nośnów ładunu w półprzewodnu W półprzewodnu bez domesz swobodne nośn ładunu (eletrony w paśme przewodnctwa, dzury w paśme walencyjnym) powstają tylo w wynu wzbudzena eletronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnctwa n=p=n (oncentracja samostna). n - oncentracja eletronów w paśme przewodnctwa p - oncentracja dzur w paśme walencyjnym W stane równowag termodynamcznej w temperaturze lczba przejść (na jednostę czasu) eletronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnctwa g (generacja pary nośnów) jest równa lczbe przejść eletronów z pasma przewodnctwa do stanów nezapełnonych w paśme walencyjnym r (reombnacja eletronu dzury) g= r Prawdopodobeństwo uzysana przez eletron dodatowej g energ g (szeroość przerwy energetycznej mędzy pasmam) g = α jest proporcjonalne do czynna oltzmanna (- g / ): Prawdopodobeństwo reombnacj jest proporcjonalne do r = β np = βn oncentracj eletronów n do oncentracj dzur p: α g np = n = gdze α, β współczynn β lczba stanów w paśme walencyjnym. Koncentracja nośnów samostnych slne zależy od temperatury, α g n = jest atywowana termczne, energa atywacj = g / β Przewodność eletryczna półprzewodnów n oncentracja eletronów, µ e ruchlwość eletronów p oncentracja dzur, µ d ruchlwość dzur Koncentracja nośnów w półprzewodnu Ruchlwość nośnów ładunu jest zdefnowana jao stosune prędośc unoszena w polu eletrycznym v u (średnego przesunęca nośnów na jednostę czasu wywołanego przez dzałane sły ze strony pola eletrycznego) do natężena pola eletrycznego µ=v u / samostnym w funcj odwrotnośc temperatury. Zależność przewodnośc od temperatury jest oreślona przez szyb wzrost oncentracj nośnów ze wzrostem temperatury. σ g ( ) = σ 0 1

2 Domeszowane półprzewodnów donory aceptory Koncentracja nośnów ładunu w półprzewodnu domeszowanym

3 Zjawso Halla W polu magnetycznym o nducj na ładune q poruszający sę z prędoścą v dzała sła Lorenza F = q v Schemat uładu dośwadczalnego do pomaru efetu Halla. Lne przerywane oznaczają tory, po tórych poruszałyby sę eletrony n dzury p w polu magnetycznym o nducj, gdyby ne pojawło sę napęce Halla U H. Stałą Halla R H wyznacza sę na podstawe pomaru napęca Halla U H, natężena prądu I w warstwe o grubośc d oraz nducj magnetycznej : R H =U H d/(i) Jeśl występuje tylo jeden rodzaj nośnów ładunu (eletrony albo dzury) to stała Halla jest odwrotne proporcjonalna do ch oncentracj n R H =1/(ne) e - ładune elementarny Zastosowane zjawsa Halla do wyznaczana oncentracj nośnów Zależność stałej Halla od temperatury dla rzemu a) typ p, oncentracja boru (aceptora) cm -3 b) typ n, oncentracja arsenu (donora) cm -3 Przy mnejszej oncentracj domesz (b) wdoczny jest obszar nasycena obszar samostny. 3

4 Koncentracja nośnów przewodność przy różnym stopnu domeszowana Ruchlwość nośnów - zależność od temperatury 4

5 Złącze p-n sytuacja równowagowa Po obu stronach złącza tworzą sę obszary zubożone w nośn. Pole eletryczne pochodzące od obszarów naładowanych zapobega dalszemu przenoszenu nośnów mędzy obszaram p n. Złącze p-n polaryzacja napęcem zaporowym Przyłożene napęca polaryzującego złącze w erunu zaporowym utrudna przechodzene eletronu przez obszar złącza 5

6 Złącze p-n polaryzacja w erunu przewodzena letrony, tóre przeszły przez obszar złącza ulegają reombnacj z dzuram. Przez złącze przepływa prąd. ośn ładunu w poblżu złącza p-n w równowadze po przyłożenu napęca Złącze p-n w równowadze: przesunęce rawędz pasm ograncza przechodzene eletronów z obszaru typu n do p oraz dzur z obszaru typu p do n, następuje wyrównane pozomów Fermego półprzewodnów typu p n, tworzy sę warstwa zubożona w nośn ładunu po obu stronach złącza. Polaryzacja w erunu przewodzena: zmnejsza sę przesunęca pasm, slny wzrost prądu dyfuzyjnego nośnów węszoścowych eletronów z obszaru n do p, dzur z obszaru p do n. Polaryzacja w erunu zaporowym: zwęsza sę przesunęce pasm, płyne tylo mały prąd unoszena nośnów mnejszoścowych eletrony z obszaru p do n, dzury z obszaru n do p, zwęsza sę szeroość warstwy zubożonej. 6

7 7 Doda charaterystya Idealna charaterystya prądowo-napęcowa złącza p-n = 1 ) ( 0 ev I V I + = D p p A n n L D L D A en I 0 ( ) = = m m n g V C V C h e 4 * * 3 πh