Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
и электронно-дырочных пар
зываемых многодолинных полупроводников. При этом вследствие закона
сохранения энергии, переброс электрона из валентной зоны в зону
проводимости, помимо образования дырки, должен сопровождаться генерацией
фонона с соответствующим волновым вектором К pa к0. Нужно подчеркнуть,
что диаграмма рис. 10.10 не отражает в полной мере сложную трехмерную
картину топологии
Рис. 10.11. Оптическое поглощение в полупроводниках при OK: a - прямые
процессы; б- непрямые процессы (не показаны возможные линии поглощения,
обусловленные экситонами)
энергетических зон в реальных полупроводниках. С энергетической точки
зрения, рассмотренные процессы должны подчиняться соотношениям: k
'^фот -
для прямого процесса и
(10.62)
Ы
фот
- Eg + hid,
фон
(10.63)
266
Гл. 10. Свойства полупроводников
для непрямого процесса поглощения фотона. Идеализированный вид кривых
оптического поглощения для полупроводников при абсолютном нуле показан на
рис. 10.11.
Из рис. 10.11 б следует особенность спектра поглощения, характерная
именно для полупроводников с непрямыми оптическими переходами - край
полосы поглощения уже не столь выражен. Тем самым исследование спектров
поглощения фотонов в полупроводниках дает ценную информацию не только о
ширине запрещенной зоны, но и об особенностях зонной структуры
конкретного полупроводника.
10.8. Экспериментальное определение типа проводимости полупроводника
Простым тестовым методом определения знака основных носителей заряда в
полупроводнике является метод определения знака термоэлектродвижущей силы
(ТЭДС). Блок-схема установки показана на рис. 10.12. Нагретый стержень,
опущенный до соприкосновения с поверхностью образца невырожденного
полупроводника, вызывает в последнем градиент температуры. Поскольку
основные носители в невырожденном полупроводнике рассматриваются как
свободный газ, возникает диффузионное движение частиц газа из области
высокой температуры к холодной области. Если эти частицы - электроны,
повышение их концентрации вызовет появление избыточного отрицательного
заряда на
Рис. 10.12. Метод ТЭДС для определения знаков носителей зарядов в
полупроводниках
холодной поверхности образца, и вольтметр покажет разность потенциалов,
соответствующую показанной на рис. 10.12. Влиянием дополнительных ТЭДС,
возникающих за счет металлических контактов, можно пренебречь, поскольку
ТЭДСполупр ТЭДСмет.
Очевидно, что для дырочного полупроводника знак ТЭДС будет обратным. Не
столь очевидным будет ответ для собственного полупроводника. Несмотря на
то, что концентрация термически генерированных электронов равна
концентрации дырок, ТЭДС не будет равной нулю вследствие того, что
подвижность электронов
10.8. Экспериментальное определение типа проводимости 267
обычно значительно больше подвижности дырок. Это обстоятельство обусловит
эффективно большую концентрацию электронов на холодной поверхности
образца, и знак ТЭДС будет таким же, что и для электронного
полупроводника, однако величина ТЭДС будет значительно меньше.
Важным методом исследования полупроводников является использование
эффекта Холла. Как и в металлах (гл. 8), эффект Холла возникает в
полупроводниках при наличии тока и внешнего постоянного магнитного поля,
направление которого перпендикулярно направлению движения электронов или
дырок. Вследствие действия силы Лоренца на движущиеся заряженные частицы,
их поток отклоняется от направления, заданного электрическим полем, и в
образце в направлении, перпендикулярном электрическому и магнитному
полям, возникает электродвижущая сила. Знак ЭДС Холла будет зависеть от
знака основных носителей зарядов и направления магнитного поля.
Напряженность поля Ен, обусловленная ЭДС Холла, разность потенциалов UH,
полный ток I и индукция магнитного поля В связаны между собой
соотношением:
?" = Т = (10'64)
где R - постоянная Холла (ее величина зависит от вида материала, знак -
от знака носителей заряда), a - ширина образца вдоль направления действия
магнитного поля, d - толщина образца в направлении измерения разности
потенциалов С/н.
Различие в знаках постоянной Холла для частиц-носителей заряда разного
знака, можно понять, руководствуясь рис. 10.13.
+ + + + + +
Ен К В ¦ф
V > (X) J Ен V j
+ + + + + + гЕ
-j
Рис. 10.13. К объяснению эффекта Холла в полупроводниках различного типа:
a - дырочный полупроводник; б- электронный полупроводник
Пусть постоянное магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости
рисунка, и силовые линии входят в эту плоскость.
При выбранном направлении тока и постоянного магнитного поля сила Лоренца
действует на положительные заряды так, что вызывает их отклонение от
первоначального направления движе-
268
Гл. 10. Свойства полупроводников
ния в сторону верхней плоскости образца. Тогда повышение концентрации
положительных зарядов около верхней плоскости (и отрицательных около
нижней) приведет к появлению электрического поля Холла, направленного
