к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Диффузия носителей заряда в полупроводниках

Диффузия носителей заряда в полупроводниках - перемещение носителей заряда (электронов проводимости и дырок) в полупроводниках, обусловленное неоднородностью их концентраций. Количественной мерой диффузии носителей заряда в полупроводниках являются коэффициент диффузии электронов и дырок D_Э, D_Д - коэф. пропорциональности между градиентом концентрации и диффузионным потоком соответствующих носителей (обычно D_Э>D_Д). Плотность тока проводимости, создаваемого в полупроводнике носителями каждого типа, складывается из плотности дрейфового и диффузионного токов:

Здесь е - абсолютная величина заряда электрона, E - напряжённость электрич. поля, п и р - концентрации электронов и дырок, - их подвижности.

Вблизи состояния термодинамич. равновесия коэф. диффузии носителей в невырожденном полупроводнике связаны с подвижностями соотношением:

где T - абсолютная температура.
Вдали от равновесного состояния соотношение (1) может нарушаться. Диффузия носителей заряда в полупроводниках обладает рядом особенностей, отличающих её, напр., от диффузии нейтральных частиц в газе. Прежде всего, перенос заряда при диффузии носителей заряда в полупроводниках приводит к возникновению объёмного заряда и электрического поля, которое необходимо учитывать в выражениях для плотности тока. В полупроводниках с монополярной (примесной) проводимостью нарушение зарядовой нейтральности происходит на расстояниях порядка дебаевской длины экранирования.

Другая особенность диффузии носителей заряда в полупроводниках определяется наличием носителей двух знаков в полупроводниках с биполярной проводимостью. Объёмный заряд, возникающий при диффузии носителей одного типа, может компенсироваться носителями другого типа. Обычно коэффициенты диффузии носителей разного знака различны. Поле объёмного заряда замедляет белее подвижные и ускоряет менее подвижные носители. В результате происходит совместное перемещение носителей заряда обоих знаков, имеющее характер диффузии (биполярная, или амбиполярная, диффузия). Диффузионные потоки электронов и дырок при биполярной диффузии пропорциональны градиентам концентрации соответствующих носителей, причём коэффициент пропорциональности (коэф. биполярной диффузии) равен:

Для полупроводника n-типа , для полупроводника p-типа , т. е. в обоих случаях D совпадает с коэф. диффузии неосновных носителей. Это связано с нейтрализацией возникающего объёмного заряда осн. носителями. Для собств. полупроводника . При D_Э>D_Д выполняется неравенство D_Д<D_i<D_Э.

Диффузия носителей заряда в полупроводниках сопровождается рекомбинацией носителей заряда в полупроводниках. В результате при биполярной диффузии неравновесных носителей диффузионный поток проникает на расстояния порядка диффузионной длины носителей от источника неравновесных носителей.

Распределение концентрации неравновесных неосновных носителей (дырок в полупроводнике n-типа) в отсутствие внеш. полей описывается ур-нием диффузии:

где - время жизни дырок, - мощность источника неравновесных дырок, r - пространств. координата точки (от точки генерации). Аналогичное ур-ние имеет место для неравновесных электронов в полупроводнике р-типа.

Диффузия носителей заряда в полупроводниках может осложняться процессами захвата носителей на т. н. уровни прилипания. Биполярная диффузия носителей заряда в полупроводниках является причиной Дембера эффекта, Фотомагнитоэлектрического эффекта и др. Она определяет работу ряда полупроводниковых приборов - полупроводникового диода, транзистора и др.

Литература по диффузии носителей заряда в полупроводниках

Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г., Физика полупроводников, M., 1977;
3еегер К., Физика полупроводников, пер. с англ., M., 1977.

Э. M. Эпштейн

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира