Электропроводность кристаллов в сильных электрических полях

В сильных электрических полях (e³10⁴ В/см) значение дрейфовой скорости u_d может оказаться сопоставимым с значением тепловой скорости u, и результирующая скорость в уравнении (11.9) начинает зависеть от e, поэтому

I II III n¹f(e) n¹f(e) n=f(e) u¹f(e) uu=f(e) =f(e)     j e пробой функцией напряженности электрического поля становится подвижность u=f(e) и s=f(e). Закон Ома в виде (11.3) нарушается, пропадает линейная зависимость j от e, рис.11.5. Расчет показывает, что если рассеяние носителей тока проис-ходит на фононах, то u~e-1/2, s~e-1/2 и j~e1/2, рис.11.5 (II).

Рис. 11.5

При полях e³10⁵ В/см существенную роль начинает играть и увеличение концентрации электронов, которое может происходить по трем основным причинам: термополевая ионизация Френкеля, ударная ионизация и туннельный эффект, и приводит к резкому возрастанию плотности тока (рис. 11.5, область III).

Термополевая ионизация. При низких температурах, когда донорные уровни заполнены электронами, возможен их перевод в зону проводимости (полупроводник n - типа) за счет одновременного действия тепловой и полевой энергии.

Ударная ионизация. Под действием внешнего поля энергетические зоны

полупроводника наклоняются. Удар-ная ионизация наблюда Е DE   Ec     Ev ется в полях (DE≈1эВ, e>5×105 В/см), которые способны сообщить свободному электрону зоны проводимости такую энергию (Е>DE), что отдав ее при столкновении с атомами решетки, он бы ионизовал их (переводил электрон из валентной зоны в зону проводимости), рис. 11.6, переходы 1. Процесс все время повторяется, резко увеличивая концентрацию свободных электронов.

Рис. 11.6

Туннельный механизм. Туннелирование электронов валентной зоны через треугольный потенциальный барьер в зону проводимости, рис.11.6, переходы 2 (DE≈1эВ, e≈10⁶¸10⁷ В/см).

При напряженности электрического поля e³10⁷ В/см, лавинный характер увеличения концентрации носителей заряда сопровождается пробоем полупроводника.

Поиск по сайту: