Диффузия носителей заряда в полупроводниках. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.