|
|
|
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
В полупроводниках помимо тока проводимости (дрейфа носителей) может быть еще и диффузионный ток, причиной возникновения которого является не разность потенциалов, а разность концентраций носителей.
Если носители заряда распределены равномерно по полупроводнику, то их концентрация является равновесной. Под влиянием каких-либо внешних воздействий в разных частях полупроводника концентрация может стать неодинаковой, неравновесной. Например, если часть полупроводника подвергнуть действию излучения, то в ней усилится генерация пар носителей и возникнет дополнительная концентрация носителей, называемая избыточной.
Так как носители имеют собственную кинетическую энергию, то они всегда переходят из мест с более высокой концентрацией в места с меньшей концентрацией, т. е. стремятся к выравниванию концентрации. Явление диффузии характерно для многих частиц вещества, а не только для подвижных носителей заряда. И всегда причиной диффузии является неодинаковость концентрации частиц, а сама диффузия совершается за счет собственной энергии теплового движения частиц.
Диффузионное движение подвижных носителей заряда (электроны и дырки) называется диффузионным током. Этот ток, также как ток проводимости может быть электронным или дырочным.
Если за счет какого-либо внешнего воздействия в некоторой части полупроводника создана избыточная концентрация носителей, а затем внешнее воздействие прекратилось, то избыточные носители будут рекомбинировать и распространяться путем диффузии в другие части полупроводника. Избыточная концентрация начнет убывать по экспоненте. Время, в течениеи которого избыточная концентрация уменьшится в 2,7 раза, т. е. станет равна 0,37 первоначального значения, называют временем жизни неравновесных носителей заряда τn. Этой величиной характеризуют изменение избыточной концентрации во времени.
При диффузионном распространении неравновесных носителей, например электронов, вдоль полупроводника концентрация их вследствие рекомбинации также убывает с расстоянием по экспоненциальному закону. Это расстояние обозначается Ln На этом расстоянии избыточная концетрация уменьшается в 2,7 раза и оно называется диффузионной длиной. Она характеризует степень убывания избыточной концентрации в пространстве.
Таким образом, убывание ибыточной концентрации происходит во времени и в пространстве, и поэтому величины τn и Ln оказываются связанными друг с другом следующей зависимостью:
Ln= √Dn τn,
где Dn - коэффициент диффузии.
Ток проводимости и ток диффузии, генерация пар носителей и рекомбинация, изменение избыточной концентрации носителей во времени и пространстве не исчерпывают всего многообразия сложных явлений, происходящих в полупроводниках, но они наиболее важны и, зная их, можно правильно понять работу полупроводниковых приборов.
|
|
|
