Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
лей значительна ниже металлической. Прк достаточно высоких T (к T » Sf) фермиевское вырождение электронного газа исчезает, электронный газ становится •максвелловсккм, a Sf определяется ф-лой (18).
Если в П. n-ткпа имеются также акцепторы, то в ф-лу (24) следует подставить п = Na— Ara. Прк точной Компенсации, когда Na к Na достаточно близки, электронный газ не является идеальным. Электроны находятся в поле со случайным потенциалом, создаваемым доыорамн и акцепторами. Случайный потенциал можно рассматривать как искривление «дна» зоны проводимости Sc. Прн очекь точной компенсации характерная амплитуда случайного потенциала становится больше, чем Sf, определяемая ф-лой (24). При этом электроны находятся лишь в самых глубоких местах потенц. рельефа, образуя изолированные друг от друга к а п л и (рис. 6). При T — О К такая система становится дкэлентркком. Электропроводность осуществляется путём теплового заброса электронов ка т. н. уровень протекания (см. П ротекания теория).
Рис. в. Энергетическая схема компенсированного полупроводника. Извилистая линия изображает искривление «дна» зоны проводимости, верхняя сплошная линия — анергию «дна» аокы проводимости в отсутствие примесного потенциала, нижняя сплошная линия — уровень Ферми, штрих-пунктирная линия-уровень протекания. Заштрихованы области, занятые электронами (электронные капли).
Процессы переноса
Электропроводность. Носителями заряда в П., помимо электронов, могут быть и ионы, однако коннаи электропроводность в типичных П. пренебрежительно мала (исключение — ионные супер проводники). В П. осуществляются 3 гл. механизма электронного перекоса: основной зонный перенос (движение электрона
связано с изменением его энергии в пределах одной, разрешённой энергетнч. зоны); прыжковый перенос по локалкзов. состояниям (см. Прыжковая проводимость)’, поляронный перенос (см. Полярон).
Электропроводность П. меняется в очень широких пределах при изменении темп-ры и концентрации примесей. Изменение происходит как за счёт изменения концентрации подвижных носителей п, так и за счёт изменения характера их рассеяния. Электропроводность о можно представить в виде
а=еп\к, (25)
где |х — подвижность носителей заряда, к-рая в невырожденном П. ке зависит (или завискт слабо) от п. Подвижность определяется отношением дрейфовой скорости Удр носителей под действием элентрич. поля к напряжённости поля Ei
Ii=Vap (Е. (26)
Существуют прямые методы измерения подвижности, основанные иа соотношении (26), но чаще всего подвижность определяют по величине а и коэф. Холла Rh, измеренному в слабом магн. поле H (CM. Холла эффект):
Ii=RfiO. (27)
Подвижность, определённую таккм способом, часто наз. холловской. Она может отличаться от подвижности, определяемой ф-лой (26).
Величина ц к её температурная зависимость определяются состоянием носителя (зонное, примесное, по-
ляроикое) в механизмом их рассеяния. Для зонной электропроводности П. характерны высокие значения (і. Так, в слаболегировакком n-Ge прн T — 77 К ц= IO4CmV(B-C). Еслн |А < 1 см2/(В*с), то обычно это означает, что механизм электропроводности поля-роикый клк прыжковый.
Электрой, энергия к-рого лежит в разрешённой зоне в идеальной кристаллич. решётке, может двигаться без рассеяния, сохраняя свой квазиимпульс. Рассеяние вызывается отклонениями от идеальной периодич. структуры, связанными с тепловыми колебаниями атомов (рассеяние ва фононах), примесямк н дефектами структуры. Кроме того, носители могут рассеиваться друг на друге (CM. Рассеяние носителей заряда).
Наиб, важные мехакизмы, определяющие подвижность носителей в области T ^ 300 К,— рассеяние на акустич. фононах и заряж. примесях. В невырожденных П. прн рассеянии на акустич. фоноиах и ~ а при рассеянии ка заряж. примесях \jl ~ T3/*. При более высоких темп-pax преобладает первый механизм, а при более низких — второй, вследствие чего зависимость ^(71) имеет характерный максимум. Если энергия теплового движения носителей (кТ) сравнима или превышает энергию оптич. фонона, то важную роль играет рассеяние на оптич. фононах. В твёрдых растворах важно рассеяние на флуктуацкях состава, прн к-ром ц ~ Т~1,г.
В сильиолегиров. П. при низких темп-pax осковкым является рассеяние ка заряж. примесях, экранирован-нмх электронами проводимости. В этом случае и подвижность [і, и электропроводность о слабо зависят от Г и можно говорить об электропроводности O(O)1 иредставляющей результат экстраполяции ф-цик а(Т) к T = О К. При концентрации примесей, меньшей чем iVKp, низкотемпературная электропроводность носит активац. характер, т. к. концентрация подвижных носителей экспоненциально падает с понкженкем темп-ры. При N > JVkp о(0) 5* 0. Это означает, что электроны локализованы иа примесях. При низкой концентрации примесей центрами локализадик являются отд. приме-св, а при концентрацкк, приближающейся к Arltp, область локализации электрона включает много прпмес-иы* центров. Согласно теоретпч. представлениям, величина ог(0) как ф-цкя концентра цкк примесей N обращается в 0 прк N —> NKp в соответствии со степенным законом
