Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Р(х.2) = рп, n(—xi) = np (ы = 0).
При наличии внешнего напряжения и > 0, во-первых, края зон Ес и Ev в /г-области поднимаются относительно р-облаети на величину ей и, во-вторых, в окрестности перехода Fn^Fp (рис. 7.10,6). Однако вдали от переходной области мы имеем:
*->-оо: Fp = Fn = F2,
Р~Рп, п = п„-,
х-+ — со: Fp = F„ = Flt
Р = Р р> ^ = ^р-
При этом, согласно формуле (5.8),
/71 = F2 — ей.
Теперь учтем соотношения (5.6) и (5.7), которые показывают, что Рис. 7.10. Ход квазиуровней Фер- если концентрация носителей вели-
ми в р — /;-переходе: а) и = 0; ка> то рр н рп меняются в простран-
' “ > • стве слабо. Если рекомбинация в
переходной области мала, то р имеет в ней большое значение рр, и поэтому можно считать, что уровень Fp в этой области горизонтален. Или, иначе,
FP (х2) ^F1 = F2 — eu.
Аналогично, для электронов
Fn (— *i) ~ F2 = Fx + ей.
Тогда, подставляя эти выражения для Fp и Fn в формулы (5.3) и (5.4), получаем окончательно
Ev Fp(x о) Ev F2 ей си
Р (^2) ” ^ v ехр ; — Nv ехр • ехр рп ехр ,
П (— ХХ) = Nc ехр рп = пр ехр ~.
(6.1)
§ 7] ОБНАРУЖЕНИЕ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА 261
Отметим, что при Т = 300 К, e/kT = 39 В-1. Поэтому, прикладывая даже небольшое напряжение, можно очень сильно менять концентрацию неосновных носителей на границах. Например, при и = 0,2В она изменяется в 103 раз.
§ 7. Обнаружение неравновесных носителей заряда
Избыточные электроны и дырки могут быть обнаружены по изменению электропроводности. Они могут быть также зарегистрированы с помощью р—/г-перехода. Когда вблизи перехода появляются избыточные носители, то электрическое поле, существующее внутри перехода, затягивает электроны в /г-область, а дырки — в р-область (рис. 7.11). Поэтому при разомкнутой цепи /г-область заряжается отрицательно, а р-область — положительно, т. е. в р—«-переходе возникает эдс. При замыкании цепи в ней возникает ток.
Рис. 7.11. При возникновении в окре- Рис. 7.12. р—/г-переход в точечном стности р — л-перехода неравновесных контакте металл — полупроводник,
электронов и дырок появляется эдс.
Микроскопические р—я-переходы часто образуются в контактах металлической заостренной проволоки с полупроводником, в особенности после «формовки» контакта импульсами сильного тока. Причины образования переходов могут быть различны: диффузия материала проволоки внутрь полупроводника, изменение концентрации электрически активных примесей при местном разогреве вследствие формовки (образование так называемых «термических» донорных или акцепторных центров) и другие. Для увеличения потенциального барьера внутри перехода на контакт иногда накладывают отрицательное напряжение (рис. 7.12).
На рис. 7.13, а показана одна из схем для исследования явления инжекции. Образец полупроводника (который для определенности положен /г-типа) имеет форму тонкого и длинного стержня («нитевидный» образец). Инжекция осуществляется в точечном контакте Э («эмиттер»), к которому прикладывают короткие импульсы напряже-
Св е m
III
262
НЕРАВНОВЕСНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРКИ
[ГЛ. VII
ния от импульсного генератора Г. Инжектированные носители регистрируются вторым точечным контактом К («коллектор»). Об относительных изменениях концентрации избыточных носителей можно судить по напряжению и на нагрузочном сопротивлении г в цепи коллектора. Это напряжение может быть усилено и зарегистрировано осциллоскопом О (развертка которого запускается генератором Г). Если к торцам образца не приложено внешнее напряжение или это напряжение имеет знак, показанный на рисунке, то сигнал коллектора имеет вид, изображенный на рис. 7ЛЗ, б. Когда генератор Г создает импульс напряжения, изменение потенциала эмиттера передается по цепи практически мгновенно (со скоростью
/>
+
---1 Гг
э И
У !
О
а
+
г/а
т-
2
а) б)
Рис. 7.13. Измерение скорости движения пакета инжектированных носителей.
света), и на экране виден острый пик 1 («наводка»). При этом в образце вблизи Э возникает пакет инжектированных носителей, который движется от Э к К- Когда пакет достигает коллектора, появляется пик второго сигнала 2 (который более размыт вследствие диффузионного расплывания пакета). При изменении полярности внешнего напряжения сигнал 2 не появляется.
Этот опыт (и ему подобные) обнаруживает неожиданную на первый взгляд особенность движения инжектированных носителей: пакет, будучи электрически нейтральным, управляется электрическим полем. Более того, направление его движения совпадает с направлением движения неосновных носителей, хотя их концентрация может быть на много порядков меньше концентрации основных носителей. Эта особенность, однако, становится вполне понятной, если учесть кулоновское взаимодействие между дырками и электронами (см. § 8).
