Донорный полупроводник
Cтраница 2
Если концентрация компенсирующих центров Na стремится к нулю, то формула (3.116) переходит в выражение (3.99) для концентрации электронов в чисто донорном полупроводнике. При высоких температурах, когда все примеси ионизированы по выражению (3.99), п N d, а когда по выражению (3.116), п Nd - Na Nd, что соответствует истощению донорной примеси в первом случае и истощению эффективной ионизации доноров во втором. Nc) eB ( t в формуле (3.116) сначала сравнимы с единицей, а затем становятся больше единицы. [16]
Если концентрация компенсирующих центров Na стремится к нулю, то формула (3.61) переходит в выражение (3.53) для концентрации электронов в чисто донорном полупроводнике. [17]
Оценка по формуле ( 459) показывает, что при ей 1 эВ вероятность электрического пробоя Зинера ( туннельного эффекта) становится заметной при полях порядка 107 В / см. Вероятность электрического пробоя в донорных полупроводниках может быть заметной при полях порядка 106 В / см. Еще более вероятен эффект Зинера на контакте полупроводника и металла ( см. гл. [18]
В примесных полупроводниках носители заряда рассеиваются не только на фононах, но и на ионизованных атомах примесей. Например, в донорном полупроводнике свободные электроны, движущиеся вблизи иона примеси, заряженного положительно, изменяют свою траекторию так, как показано на рис. 7.21. Ясно, что чем выше скорость электрона, тем меньше его отклонение. [19]
В главе 3, посвященной статистике равновесных полупроводников, определены температурные зависимости уровня Ферми для собственного и примесного полупроводников. Иллюстрируем это графическими построениями для донорного полупроводника, в который введены рекомбинационные центры, дающие глубокий энергетический уровень Et в верхней половине запрещенной зоны ниже мелкого уровня легирующих доноров. На рис. 57, а показаны три области: 1 - область ионизации примеси; 2 - область истощения n Nd; 3 - область собственной проводимости. [20]
 |
Температурные зависимости. [21] |
В разделе 3, посвященном статистике равновесных полупроводников, определены температурные зависимости уровня Ферми для собственного и примесного полупроводников. Иллюстрируем это графическими построениями для донорного полупроводника, в который введены рекомбинационные центры, дающие глубокий энергетический уровень Et в верхней половине запрещенной зоны ниже мелкого уровня легирующих доноров. На рис. 55, а показаны три области: / - область ионизации примеси, 2 - область истощения п Nd, 3 - область собственной проводимости. [22]
В главе 3, посвященной статистике равновесных полупроводников, определены температурные зависимости уровня Ферми для собственного и примесного полупроводников. Иллюстрируем это графическими построениями для донорного полупроводника, в который введены рекомбинационные центры, дающие глубокий энергетический уровень Et в верхней половине запрещенной зоны ниже мелкого уровня легирующих доноров. На рис. 57, а показаны три области: 1 - область ионизации примеси; 2 - область истощения n Nd; 3 - область собственной проводимости. [23]
Напомним, что в проведенном выше рассмотрении температурной зависимости времени жизни в полупроводнике n - типа мы считали, что уровень Et расположен в верхней половине запрещенной зоны. Оказывается, если уровень Et в донорном полупроводнике расположен в нижней половине запрещенной зоны, то аналогичный анализ зависимости времени жизни от уровня Ферми покажет, что области II и III ( см. рис. 54) поменяются местами. [24]
Рассмотрим явление компенсации примесей в полупроводниках на наиболее простой модели полупроводника с одним типом доноров с концентрацией Nd и энергетическим положением уровней в запрещенной зоне Ed и одним типом акцепторов с концентрацией Na и энергетическим положением уровней Еа. Если предположить, что Nd Na ( случай частично компенсированного донорного полупроводника), то в уравнении (3.81) член ра О, так как акцепторы полностью компенсированы и нейтральных атомов акцепторов нет. [25]
Рассмотрим явление компенсации примесей в полупроводниках на наиболее простой модели полупроводника с одним типом доноров с концентрацией Nd и энергетическим положением уровней в запрещенной зоне Ed и одним типом акцепторов с концентрацией Na и энергетическим положением уровней Еа. Если предположить, что Nd iNa ( случай частично компенсированного донорного полупроводника), то в уравнении (3.46) член ра О, так как акцепторы полностью компенсированы и нейтральных атомов акцепторов нет. [26]
При таком внедрении один из пяти валентных электронов каждого атома мышьяка остается свободным, так как вокруг него находятся четырехвалентные атомы германия. Следовательно, в результате внедрения атомов примеси в донорном полупроводнике появляются свободные электроны. [27]
Заметно, что даже весьма малая добавка компенсирующей примеси заставляет уровень Ферми при Т 0 переместиться из точки Ес - A. Поведение концентрации носителей в частично компенсированном полупроводнике в области собственной проводимости, очевидно, аналогично поведению чисто донорного полупроводника с одним типом доноров. Весь анализ, проведенный нами для частично компенсированного донорного полупроводника, можно совершенно аналогично провести для частично компенсированного акцепторного полупроводника с той разницей, что величины Ed и Nc перейдут в Еа и Nv, а величины ( Nd - Na) и Nd перейдут в ( Na - Nd ] и Na соответственно. Кроме этого, при вычислениях необходимо учесть другое значение g - фактора для распределения электронов по акцепторным состояниям в сравнении с распределением по донорным уровням. [28]
Заметно, что даже весьма малая добавка компенсирующей примеси заставляет уровень Ферми при Т 0 переместиться из точки Ес - A. Поведение концентрации носителей в частично компенсированном полупроводнике в области собственной проводимости, очевидно, аналогично поведению чисто донорного полупроводника с одним типом доноров. Весь анализ, проведенный нами для частично компенсированного донорного полупроводника, можно совершенно аналогично провести для частично компенсированного акцепторного полупроводника с той разницей, что величины Ed и Nc перейдут в Еа и Nv, а величины ( Nd - Na) и Nd перейдут в ( Na - Nd ] и Na соответственно. Кроме этого, при вычислениях необходимо учесть другое значение g - фактора для распределения электронов по акцепторным состояниям в сравнении с распределением по донорным уровням. [29]
При совместном присутствии донорных и акцепторных примесей в полупроводнике возникает явление компенсации примесей, изменяющее его поведение в области примесной электропроводности по сравнению со случаем одного типа примеси. Явление взаимной компенсации доноров и акцепторов состоит в следующем. Если энергетические состояния акцепторов Е, лежат в запрещенной зоне ниже энергетических состояний доноров Ed ( такая ситуация чаще всего и реализуется для легирующих примесей в полупроводниках), то для ионизации донорных атомов не требуется сообщить им энергию A. Так как ниже заполненного электронами уровня Ed нейтральных доноров лежит свободный от электронов уровень Еа нейтральных акцепторов, то уже при Т 0 электроны перейдут с донорных уровней на нижележащие акцепторные. Очевидно, что если Nd Na, то все акцепторы будут ионизированы полностью, а доноры лишь частично. Концентрация неионизированных доноров Nd Nd - Na будет играть роль эффективной концентрации доноров в процессе термической примесной ионизациии только эти N d доноров смогут поставлять электроны в зону проводимости. В таком случае говорят о полной компенсации акцепторов и частичной компенсации доноров, и такой полупроводник является частично компенсированным донорным полупроводником. [30]
Страницы: 1 2