Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее прямой метод измерения дрейфовой подвижности электронов и дырок
основан на рассмотренных в разд. 7.6 опытах Хейнса и Шокли [2],
посвященных исследованию явления дрейфа носителей заряда, а также на
последующих более совершенных опытах Шокли, Пирсона и Хейнса [431.
Сущность метода состоит в инжекции коротким импульсом напряжения
неосновных носителей заряда в тонкий стержень из полупроводника и в
смещении образовавшегося облака неосновных носителей электрическим полем
вдоль стержня с последующей регистрацией прохождения облака возле
коллектора - контакта, чувствительного к концентрации неосновных
носителей вблизи него. Одна из наиболее распространенных схем этого опыта
показана на рис. 7.18. Прохождение облака возле коллекторного контакта
(см. разд. 7.9.2) наблюдается при помощи катодного осциллографа. Если
импульс положительного напряжения, создающего электрическое поле ?,
приложен к эмит-терному контакту, то почти сразу, точнее спустя время,
необходимое для распространения электромагнитного сигнала по стержню, на
коллекторном электроде появится аналогичный импульс. Позже, через отрезок
времени порядка d/tfpd, где d - расстояние между эмиттером и коллектором,
у коллектора появится облако неосновных носителей заряда, который
приведет к возникновению импульса напряжения в выходной цепи, поскольку
дырки изменят величину коллекторного тока. Первый импульс на коллекторе
является точной копией импульса напряжения, поданного на инжектирующий
электрод, если, конечно, полоса пропускания частот усилителя
измерительной схемы достаточно широка для того, чтобы импульс
воспроизводился без заметных искажений. Однако импульс от неосновных
носителей заряда, как показано на рис. 7.18, несколько сгладится из-за их
диффузии. Время t между серединами обоих импульсов, равное d/?pd, дает
возможность непосредственно измерить р<1=Р. при этом предполагается, что
(см. разд. 7.5.5).
262
7. Диффузия электронов и дырок
Эмиттер Коллектор
Тянущее поле ------------------------
I
а
dl*Md Ч
I
Время t (
б
Рис. 7.16. Схема опыта для измерения дрейфовой подвижности (а) и форма
сигнала на коллекторе (б).
В германии /г-типа pdu~1900 см2-В-1-с-1, так что при ^=10 В-см-1 (что
является типичной величиной в подобного рода экспериментах) получим /=30
мкс. Если время жизни неосновных носителей намного превышает это
значение, то уменьшение концентрации избыточных носителей из-за
рекомбинации будет незначительным. Если, как это обычно и делают,
использовать короткие импульсы длительностью порядка 1 мкс, то оба
импульса на коллекторе будут достаточно четко разделены во времени. В
случае же более длительных импульсов, которые использовались в первых
опытах, на коллекторе будет наблюдаться импульс более сложной формы.
Необходимо проанализировать форму этого импульса, чтобы иметь возможность
определить t - время движения облака неосновных носителей заряда.
Если число инжектированных с эмиттера дырок велико, то поле, в котором
движется импульс, не будет однородным и импульс приобретет несимметричную
форму. Это может привести к ошибке в определении момента прихода облака к
коллектору. Однако, используя короткие импульсы и низкие концентрации
неосновных носителей, можно получить достаточно точные значения величины
амбиполярной дрейфовой подвижности. Как было указано в разд.7:7, в
веществах с высокой концентрацией примесей амбиполярная дрейфовая
подвижность р. совпадает по величине с дрейфовой подвиж-
7. Диффузия электронов и дырок
263
ностью, но может заметно отличаться от нее у образцов с почти собственной
проводимостью. Варьируя содержание примесей в веществе образца, можно
этим способом определить ре и ри. а также их зависимость от температуры и
концентрации примесей.
7.14. Гетеропереходы
Все возрастающее значение в технике, особенно с расширением области
применения и развитием оптоэлектронных приборов- (|ютодиодов и лазеров
(см. разд. 14.6), приобретает тип полупроводникового перехода, называемый
гетеропереходом. Это переход между двумя различными полупроводниками. Ими
могут быть совершенно различные материалы, такие, например, как Ge и
GaAs, хотя существуют трудности в изготовлении перехода, если параметры
кристаллической решетки для этих материалов сильно отличаются. Чаще один
из материалов представляет собой полупроводниковое соединение, например
GaAs, а другой - его сплав с родственным соединением, таким, как
GaAsjcPj.*. Последнее имеет более широкую запрещенную зону, чрм первое, и
это является характерной особенностью гетероперехода. Свойства
гетеропереходов впервые были изучены Андерсоном [50], который оценил
потенциальные возможности их технического применения и описал основные
принципы работы гетеропереходов.
Существует два различных типа гетеропереходов. В первом один
полупроводник - p-типа, а другой - n-типа, таким образом получается
увеличение барьера р-n-перехода. Во втором оба материала n-типа или оба
