оном m ~ 1 /, а дрейфова швидкість збільшується: vдр ~.
Малюнок 1.2 - залежність дрейфовой швидкості від напруженості електричного поля для кремнію і арсеніду Галія
У сильних електричних полях (Е=106 ... 107 В/м), коли швидкість дрейфу наближається до середньої теплової швидкості, середня енергія електронів стає достатньою для порушення оптичних фононів. На відміну від акустичних оптичні фонони при порівняно невеликих імпульсах того ж порядку що й у електрона, володіють великими енергіями (2 ... 3) kТ при Т=300 K. У процесі розсіювання електрони віддають майже всю свою кінетичну енергію на освіту фононів, оскільки як тільки вона досягає величини Wфон. опт, збуджується фонон і енергія електрона знижується.
У цих умовах час вільного пробігу tп і рухливість обернено пропорційні напруженості електричного поля: m ~ 1/Е, а дрейфова швидкість перестає залежати від Е і досягає граничного значення - швидкості насичення vнас. У кремнії при Т=300 К для електронів vнас=105 м/c, а для дірок vнас=8Ч104 м/c.
Швидкість насичення vнас є найважливішим електрофізичним параметром напівпровідника. При Т=300 К вона має значення близьке до теплової швидкості, проте на відміну від останньої vнас може зменшуватися з ростом температури. Наприклад, в кремнії n-типу в діапазоні температур від мінус 50 до +120 оС швидкість насичення vнас зменшується в діапазоні (1,1 ... 0,8) Ч105, а теплова швидкість vт - зростає в діапазоні (1,7 ...2) Ч105 м/с.
Для кремнію і германію залежність дрейфовой швидкості від напруженості електричного поля може бути апроксимована формулою
де ?0 - значення рухливості в слабкому електричному полі.
Таким чином, дрейфова швидкість в напівпровідниках зростає зростанням напруженості електричного поля, досягаючи свого максимального значення - швидкості насичення, близького до теплової швидкості.
Залежність рухливості носіїв заряду (електронів чи дірок) від напруженості електричного поля в кремнії апроксимується виразом
Рухливість носіїв заряду в середніх і сильних електричних полях зменшується із зростанням напруженості електричного поля.
1.2 Провідність
У напівпровідниках з атомної гратами (а так само в іонних при підвищених температурах) рухливість змінюється при зміні температури порівняно слабко (по статечному закону), а концентрація дуже (по експонентному). У свою чергу температурна залежність питомої провідності схожа на температурну залежність концентрації.
У діапазоні температур, відповідних виснаження домішок, коли концентрація основних носіїв заряду залишається практично незмінною, температурні зміни питомої провідності обумовлені температурної залежністю рухливості. Зниження питомої провідності в області низьких температур пов'язано, з одного боку, зі зменшенням концентрації носіїв заряду, що поставляються домішковими атомами (донорами або акцепторами), а з іншого - зменшенням рухливості за рахунок посиленого розсіювання на іонізованих домішках.
Різке зростання питомої провідності при підвищених температурах відповідає області власної електропровідності, яка характеризується рівністю концентрацій електронів і дірок.
Чим більше концентрація донорів, тим більше електронів поставляється в зону провідності при даній температурі, тим вище значення питомої провідності. Зі зміною вмісту домішок зміщується і температура переходу до власної електропровідності.
Підвищуючи ступінь чистоти матеріалу, можна домогтися настання власної електропровідності навіть при кімнатній температурі.
У виродженого напівпровідника температурна залежність питомої провідності в області домішкової електропровідності якісно подібна температурної зміни питомої провідності металів.
У реальних напівпровідників температурне зміна провідності може значно відхилятися від розглянутих залежностей в слідстві ряду причин. Одна з них пов'язана з тим, що на практиці в матеріалах є не один, а кілька видів домішкових дефектів, у яких енергії іонізації можуть бути різними. Інша причина появи деяких аномалій в температурної залежності провідності може бути обумовлена ??відмінністю подвижностей електронів і дірок.
Якщо це розходження велике, то значення власної провідності не відповідає мінімуму напівпровідникового матеріалу при даній температурі.
Меншою провідністю може володіти домішковий напівпровідник в області змішаної електропровідності. Так, у зразках p-типу при досить низьких температурах внеском електронної складової провідності у формулі можна знехтувати.
З...
