Диффузионный и дрейфовый механизмы движения зарядов в полупроводнике

В полупроводнике возможны две причины, по которым происходит движение электрических зарядов:

1.Под действием сил электрического поля - дрейф. Ток, возникающий при этом, называется дрейфовым.

2.Под действием градиента концентрации – диффузия. Ток, возникающий при этом, называется диффузионным.

Дрейфовый ток

В полупроводнике дрейфовый ток имеет две положительные составляющие: электронную и дырочную.

Средняя скорость движения электронов и дырок определяется соотношением:

V_n=-μ_nE

V_p=μ_pE, где μ_n, μ_p - подвижность электронов и дырок.

Подвижность зависит от типа носителей заряда, материала полупроводника, напряженности электрического поля, температуры.

Вместо токов рассмотрим их плотности, то есть количество электричества протекающего через единичную площадку поперечного сечения за одну секунду. Плотность дрейфового тока:

J_др=J_nдр+J_pдр n - концентрация зарядов.

J_nдр=neV_n=n_neμ_nE; μ – подвижность.

J_pдр=neV_p=n_peμ_pE;

J_др=(n_nμ_n+n_pμ_p)δE<E;

где δ – удельная проводимость полупроводника.

Диффузионный ток

Д вижение электрических зарядов под действием разности концентраций их носителей, имеющих место в разных местах полупроводника, называется диффузией. Диффузия не связана с электрическими зарядами, она наблюдается и для незаряженных частиц, но она всегда создает движение, направленное на выравнивание электронов в объеме проводника.

J_{n диф}= -eD_n(dn/dx)

D_n – коэффициент диффузии.

dn/dx – градиент концентрации.

Знак “-“ говорит о том, что движение идёт в сторону уменьшения концентрации.

J_{p диф}= -eD_p(dp/dx)

J_диф= J_{n диф} + J_{p диф}

Процесс диффузии характеризуется двумя основными параметрами:

1. Время жизни неравновесных зарядов.

2.Диффузионная длина L_n (длина на которую могут переместится заряды).

Если в какой-либо точке объёма полупроводника создать избыточную концентрацию n_o, а затем устранить причину её создавшую, то под действием сил диффузии, избыточная концентрация начнёт убывать, до выравнивания по всему объёму. Время, за которое n_o убывает в e раз, называется временем жизни неравновесных зарядов.

Е сли в части объема полупроводника создать избыточную концентрацию n_o и поддерживать ее постоянной, то в остальном объеме за счет диффузии концентрация также будет увеличиваться. Расстояние, на котором она составит n_o/e (расстояние, на котором она убывает в е раз), называют диффузионной длиной L_n.

2. Усилитель мощности.