Подвижность
В примесных полупроводниках носители заряда рассеиваются не только на фононах, но и на ионизированных атомах примесей. В донорном полупроводнике свободные электроны, движущиеся вблизи электрона примеси, заряженного положительного, изменяют свою траекторию как показано на рисунке.
Чем
выше скорость электрона, тем меньше его
отклонение. Подвижность обусловлена
рассеянием на ионизированной примеси
в случае невырожденного электронного
газа
.
В случае вырожденного газа
не зависит от температуры.
Механизм рассеяния играет решающую роль в области низких температур, когда концентрация на фононах мала. При высоких температурах доминирует рассеяние на фононах.
Зависимость подвижности носителей
зарядов от температуры в примесном
полупроводнике
Температурная зависимость подвижности для примесного невырожденного полупроводника, учитывающего как рассеяние на ионах, так и то, какой должна быть температурная зависимость элктропроводности примесного полупроводника.
В интервале температур, где концентрация носителей экспоненциально зависит от температуры, (Т) экспоненциально зависит от температуры, а в области истощения примесей ход кривой (Т) определяется температурной зависимостью подвижности. Ход температурной зависимости невырожденного полупроводника показан на рисунке.
Nd3
ln
Зависимость
удельной электропроводности невырожденного
полупроводника от температуры (Nd1
Nd2
Nd3)
Nd2
Nd1
С
увеличением концентрации доноров или
акцепторов наклон прямых ln
от
в области примесной проводимости
уменьшается, также уменьшается энергия
ионизации примеси.
Полупроводник, в котором энергия ионизации примеси обратилась в 0 называют полуметаллом. В нем концентрация электронов и электропроводность нечувствительны к температуре (кроме области температур, где начинается собственная проводимость).
Эти явления связаны с образованием примесных зон при больших концентрациях примеси.
Если Nd велика, волновые функции электронов, связанных с примесными атомами перекрываются. Это приводит к расщеплению примесных уровней в зону проводимости. С увеличением концентрации примеси эта зона все более расширяется и сливается с зоной проводимости, а энергия ионизации примеси исчезает. В полупроводниках с высоким содержанием примеси, в области низких температур проявляется специфический механизм проводимости по зоне примеси.
Электропроводность диэлектриков.
Ширина запрещенной зоны диэлектриков более 2,7 эВ. При комнатной температуре заброс электронов из валентной зоны в зону проводимости отсутствует. Концентрация свободных носителей исключительно мала. В отличие от узкозонных полупроводников, собственная проводимость мала. При наличии примесных атомов, свободные носители могут появиться за счет термической активации примесных уровней.
При низкой температуре в диэлектриках примесная проводимость. Носители заряда электроны и дырки. Если примесь донорная – основные носители заряда – электроны, диэлектрик электронный или n – типа. Если примесь акцепторная – основные носители дырки, диэлектрик дырочный или p – типа. При приложении к диэлектрику электрического поля, свободные носители ускоряются, в результате чего появляется электропроводность. Механизм электропроводности электронный. Механизм генерации электропроводности не только тепловой.
Электроны проводимости в диэлектрике могут появиться за счет облучения светом определенной длины волны или быстрыми частицами вследствие приложения сильных полей.
Электронная проводимость диэлектрика – собственная (при высоких температурах), как и у полупроводников
,
n и p – концентрация электронов и дырок,
n и p – подвижность носителей
В примесной проводимости вклад дает только один сорт носителей. Температурная зависимость электронной проводимости диэлектриков описывается уравненим
Экспериментальная зависимость (T) является следствием того, что концентрация носителей изменяется с температурой по экспоненциальному закону
,
-
ширина запрещенной зоны.
Подвижность изменяется медленно. Если рассеяние носителей на акустических колебаниях решетки, то также как и в полупроводниках
В диэлектриках подвижность электронов и дырок чрезвычайно мала. Это связано с тем, что электроны в диэлектриках находятся в связанном состоянии образуя поляроны.
В диэлектриках присутствует поляронный механизм переноса заряда. Поляронная проводимость возникает, когда электроны и дырки сильно связаны с кристаллической решеткой. При низкой концентрации свободных носителей в диэлектрике проводимость может осуществляться электрическим полем, которое приводит к смещению свободных зарядов (поляризации). Электроны проводимости могут поляризовать своим полем окружающую их область диэлектрика и локализуются в ней.
Полярон – область искажения решетки с находящимися в ней электронами или дыркой, вызвавшими это искажение.
Под действием электрического поля электрон перемещается вместе с поляризованной областью, т.е. имеет место движение полярона. Поляронная проводимость характеризует место движения полярона. Поляронная проводимость характерна для ионных кристаллов, где кулоновское взаимодействие между ионами и электронами особо велико. Т.к. электроны проводимости связаны, идет их рост эффективной массы. Эффективная масса электронов диэлектрика в 1000 раз больше, чем у проводников (металлов) или полупроводников. Подвижность носителей в 1000 раз меньше, чем у металлов и полупроводников.