1.1.4 Види струмів у напівпровідниках

У напівпровідниках розрізняють дрейфовий та дифузійний струми.

Причиною дрейфового струму є дія на НП електричного поля. Внаслідок зіткнення носіїв, що рухаються під дією електричного поля, з атомами решітки їх рух має уривчастий характер. Цей рух характеризується рухомістю  

,                                            (1.7)

де - середня швидкість носія;

Е - напруженість електричного поля.

                Звичайно рухомість у електронів вища, ніж у дірок (). Ця величина залежить від температури (з підвищенням температури рухливість зменшується внаслідок того, що зростає хаотичність руху носіїв, як це показано на рисунку 1.7), а також від концентрації домішок.

Рисунок 1.7Залежність рухомостей електронівта дірок від температури

 

Як правило у розрахунках беруть наступні значення рухливостей носіїв при Т=300К: для германію=3900см/В с,=1900см/В с, для кремнію =1350см/В с, =430см/В с.

Густина електричного струму у НП

                ,                                    (1.8)

де Кл – заряд електрона;

- концентрація електронів;

- середня швидкість електронів.

Густина діркового струму за аналогією  до

.                                  (1.8)

Загальна густина струму через НП під дією електричного поля

.                         (1.9)

Враховуючи вираз /1.7/, одержуємо

 -                      (1.10)

закон Ома у диференційній формі.

 - загальна питома провідність напівпровідника.

            У донорному НП , отже загальна питома провідність цілком визначена електронною провідністю .

            В акцепторному НП , і отже .

            Незважаючи на те, що з підвищенням температури рухомість носіїв зменшується, зростання концентрації вільних носіїв унаслідок розриву ковалентних зв’язків відбувається швидше, і це приводить до зростання електропровідності НП.

           Причиною дифузійного струму у НП є нерівномірний розподіл концентрації носіїв уздовж кристала. Якщо n=n(x) і  p=p(x), тобто концентрації носіїв є функціями координати х, то носії рухатимуться з області, де концентрація носіїв вища, до області, де концентрація їх нижча.

                Густина дифузійного струму у НП:

         електронного ,                                               (1.11)

 

         діркового ,                                                (1.11)

 

де ,            – градієнти концентрації відповідно електронів та дірок;

,  –   коефіцієнти дифузій відповідно електронів та дірок.

                Знак “–” у виразі (1.11) означає, що дірковий струм має напрям, протилежний напряму електронного струму.

                Градієнт концентрації носіїв уздовж осі х показує ступінь нерівномірності розподілу носіїв у цьому напрямі.