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 только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира