Вариант 6. Исследуется образец арсенида галлия с собственной проводимостью при температуре 330 К

  • ID: 19148 
  • 5 страниц

Фрагмент работы:

Исследуется образец арсенида галлия с собственной проводимостью при температуре 330 К. Его удельное сопротивление с = 8 Ом*м. Подвижность электронов мn= 1 м2/(В*с), подвижность дырок мp= 0,04 м2/(В*с)

Задание 1

В удельную проводимость полупроводника дают вклад носители двух типов - электроны и дырки:

где n и мn концентрация и подвижность электронов, p и мp концентрация и подвижность дырок. Учитывая, что удельная проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению и что в собственном полупроводнике концентрации электронов ni и дырок pi равны, для концентрации получим:

На рисунке 1 показана энергетическая диаграмма собственного полупроводника, в котором происходит процесс генерации носителей заряда. При абсолютном нуле зона проводимости пустая, как у диэлектриков, а уровни валентной зоны полностью заполнены. Под действием избыточной энергии ДW0, появляющейся за счет температуры, облучения, сильных электрических полей и т.д., некоторая часть электронов валентной зоны переходит в зону проводимости. Энергия ДW0 в случае беспримесного полупроводника, равна ширине запрещенной зоны и называется энергией активации. В валентной зоне остается свободное энергетическое состояние, называемое дыркой, имеющей единичный положительный заряд.

Дано:

В общем случае собственная концентрация носителей заряда зависит от температуры как:

Прологарифмировав, получим выражение для ширины запрещенной зоны:

Дано: Е = 100 В/м

Плотность дрейфового тока равна

Ответ:

Задание 2

При отсутствии внешних воздействий (освещение, электрическое поле и т.д.) концентрации свободных электронов и дырок обозначаются с индексом нуль, то есть n0 и p0 соответственно. Для них выполняется закон действующих масс:

Где ni – концентрация электронов в собственном полупроводнике (равна концентрации дырок в таком случае). Если полупроводник легирован акцепторами с концентрацией NA, то и.

Как видно, концентрация дырок значительно больше концентрации электронов, такой полупроводник с акцепторной примесью, называют полупроводником p типа. В таком случае дырки – основные носители заряда, электроны – неосновные.

На рисунке 2 показана энергетическая диаграмма полупроводника, содержащего акцепторные примеси. Энергия активации акцептора гораздо ниже собственной, поэтому электронам требуется меньше энергии для перехода в акцептор. Таким образ в полупроводнике образуется большее количество дырок, делая его полупроводником p типа. Часто, даже при комнатной температуре все примесные молекулыионизированны.

2)

а) ширина p-n перехода определяется по формуле

Где ц0 – скачок потенциала в p-n переходе, pp – концентрация дырок в p области, nn – электорнгов в n области, e – заряд электрона. Будем считать, что при данной температуре все доноры и акцепторы в примесях ионизированы,тогда

Ответ:

б) На рисунке 3 представлена вольтамперная характеристика идеального p-n перехода. В отсутствии внешнего смещения (V = 0 ) - система в равновесии - ток диффузии уравновешивается током проводимости;

При прямом смещении, когда положительный потенциал подан на p-область, дырки устремляются навстречу электронам, которые, преодолевая пониженный потенциальный барьер в области pn-перехода попадают в p-область. При этом происходит рекомбинация электронов и дырок. Вследствие этого "чужие" носители заряда не проникают глубь полупроводников, погибая в области pn-перехода. Протекание тока при этом можно представить в виде двух потоков - электронов и дырок, которые втекают в область рекомбинации с противоположных сторон. С увеличением напряжения возрастают скорости втекающих электронов и дырок и, соответственно, скорость их рекомбинации. При прямом смещении ток проводимости практически не меняется, а диффузионный ток растет экспоненциально (правая ветвь графика).

При обратном смещении pn-перехода основные носители заряда оттягиваются от pn-перехода, высота потенциального барьера для них повышается, поэтому основные носители заряда не участвуют в создании электрического тока. Ток образуется неосновными носителями, концентрация которых гораздо меньше, и определяется их диффузией из нейтральных объемов полупроводника. Поэтому ток, протекающий при обратном смещении, выходит на константу и гораздо меньше тока при прямом смещении.