Дрейфовый ток

Дрейфовый ток — это направленное движение носителей в полупроводнике под воздействием электрического поля. Так как дрейфовый ток вызывается напряжением, подводимым к полупроводнику, то он часто называется током проводимости. Дрейфовый ток обеспечивается как электронами, так и дырками. В полупроводниках свободные электроны и дырки находятся в состоянии хаотического движения. Поэтому, если выбрать произвольное сечение внутри объема полупроводника и подсчитать число носителей заряда, проходящих через это сечение за единицу времени слева направо и справа налево, значения этих чисел окажутся одинаковыми. Это означает, что электрический ток в данном объеме полупроводника отсутствует.

Протекание дрейфового тока в полупроводнике
Рисунок 1 Дрейфовый ток в полупроводнике под воздействием внешнего напряжения

При помещении полупроводника в электрическое поле напряженностью Е на хаотическое движение носителей зарядов накладывается составляющая направленного движения. Направленное движение носителей зарядов в электрическом поле обусловливает появление тока, называемого дрейфовым или током проводимости. Из-за столкновения носителей зарядов с атомами кристаллической решетки их движение в направлении действия электрического поля прерывисто и характеризуется подвижностью μ. Подвижность равна средней скорости υ, приобретаемой носителями заряда в направлении действия электрического поля напряженностью Е = 1 В/м, т. е.

Формула подвижности носителей заряда в полупроводнике        (1)

Подвижность носителей зарядов зависит от механизма их рассеивания в кристаллической решетке. Исследования показывают, что подвижности электронов μn и дырок μp имеют различное значение (μn > μp) и определяются температурой и концентрацией примесей. Увеличение температуры приводит к уменьшению подвижности, что зависит от числа столкновений носителей зарядов в единицу времени.

Плотность тока в полупроводнике, обусловленного дрейфом свободных электронов под действием внешнего электрического поля со средней скоростью , определяется выражением .

Перемещение (дрейф) дырок в валентной зоне со средней скоростью создает в полупроводнике дырочный ток, плотность которого . Следовательно, полная плотность тока в полупроводнике содержит электронную jn и дырочную jp составляющие и равна их сумме (n и p — концентрации соответственно электронов и дырок). Подставляя в выражение для плотности тока соотношение для средней скорости электронов и дырок (1), получаем:

Формула плотности дрейфового тока в полупроводнике        (2)

Если сравнить выражение плотности дрейфового тока в полупроводнике (2) с законом Ома j = σЕ, то удельная проводимость полупроводника определяется соотношением:

Формула удельной проводимости полупроводника        (3)

У полупроводника с собственной проводимостью концентрация электронов равна концентрации дырок (ni = pi), и его удельная проводимость определяется выражением:

Формула удельной проводимости полупроводника с собственной проводимостью        (4)

В полупроводнике n-типа nn0 > pp0, и его удельная проводимость с достаточной степенью точности может быть определена выражением:

Формула удельной проводимости полупроводника n-типа        (5)

В полупроводнике p-типа pp0 > nn0, и его удельная проводимость с достаточной степенью точности может быть определена выражением:

Формула удельной проводимости полупроводника p-типа        (6)

В области высоких температур концентрация электронов и дырок значительно возрастает за счет разрыва ковалентных связей и, несмотря на уменьшение их подвижности, электропроводность полупроводника увеличивается по экспоненциальному закону.

Выводы:

  • дрейфовый ток это ток, который протекает в полупроводнике под воздействием внешнего источника напряжения;
  • величина дрейфового тока зависит от температуры полупроводника и растет с ростом температуры.

Дата последнего обновления файла 20.11.2019

Литература:

  1. В. Н. Дулин Электронные и ионные приборы - М. - Л.: Государственное энергетическое издательство, 1963. -544 с.
  2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. - М.: Радио и связь, 1998. -560 с.
  3. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
  4. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
  5. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  6. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.

Вместе со статьей "Дрейфовый ток" читают:

Основы квантовой теории строения атома
https://digteh.ru/foe/atom/

Получение чистых полупроводников электронного качества
https://digteh.ru/foe/semicond/produce/

Полупроводники с собственной проводимостью
https://digteh.ru/foe/semicond/

Полупроводники с электронной проводимостью
https://digteh.ru/foe/nsemicond/

Полупроводники с дырочной проводимостью
https://digteh.ru/foe/psemicond/

Зонная теория проводимости
https://digteh.ru/foe/zon_teor/

Диффузионный ток
https://digteh.ru/foe/diffuz_i/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2019

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 82 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика