ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Ширина запрещенной зоны - параметр, количественно отражающий структуру энергетического спектра электронов в кристалле данного полупроводника (рис.1.1). Чем химически стабильнее данный полупроводник и чем выше его температура плавления, тем шире запрещенная зона. Значение ширины запрещенной зоны прямо определяет многие электрические и оптические свойства и параметры полупроводников (табл. 1.1):
а) температурную зависимость электропроводности и значение максимальной рабочей температуры;
б) край полосы пропускания, определяющий прозрачность полупроводника для света данной длины волны. Край полосы пропускания связан с шириной запрещенной зоны уравнением
| (1.1) |
где l измеряется в микрометрах (мкм);
в) длину волны света, испускаемого p-n переходом в результате излучательной рекомбинации.
2.Концентрация собственных носителей заряда (ni). Значение концентрации собственных зарядов определяется выражением
| (1.2) |
где jТ = kT/e - температурный потенциал,
Nc и Nv - мало зависящие от температуры множители, в которые входят эффективные массы соответственно электронов и дырок.
Значения ni для ряда полупроводников приведены в табл.1.3.
Таблица 1.3.
| Параметры | Полупроводники | ||||||
| Ge | Si | GaAs | GaP | GaSb | InP | InSb | |
| Ширина запрещенной зоны при 298К, эВ | 0,75 | 1,12 | 1,43 | 2,26 | 0,72 | 1,35 | 0,18 |
| Концентрация свободных носителей заряда при 298К, см–3 | 2,5·1013 | 3·1010 | 1,29·106 | 2,73 | 6,1·1011 | 6,9·104 | – |
| Подвижность электронов в слаболегированном материале при 298К, см2/(В·с) | |||||||
| Подвижность дырок в слаболегированном материале при 298К, см2/(В·с) | |||||||
| Относительная диэлектрическая проницаемость | 16,0 | 12,5 | 13,8 | 15,7 | 12,1 | 17,72 |
Концентрация носителей заряда сильно зависит от температуры и радиации. Она определяет концентрацию электронов и дырок в примесном полупроводнике. Это следует из закона действующих масс:
| (1.3) |
3. Подвижность свободных зарядов (mn, mр). Характеризует скорость дрейфа, приобретаемую свободными носителями в электрическом поле единичной напряженности, например, 1В/см. Она имеет размерность квадратный сантиметр на вольт-секунду (см2/(В·с)). Почти все полупроводники имеют подвижность электронов mn больше, чем подвижность дырок mр (mn>mр). Подвижность свободных носителей зарядов зависит от температуры окружающей среды и концентрации примесей в полупроводнике. Подвижность является параметром, определяющим быстродействие полупроводниковых приборов. Подвижность связана с коэффициентом диффузии свободных зарядов соотношением Эйнштейна:
, где jТ=Т/11600 - температурный потенциал, при температуре 300К. jТ=0,026эВ.