Ток дрейфа и ток диффузии в p-n переходе

В полупроводнике p-типа концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — носители заряда, хаотично двигаясь, перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При такой диффузии электроны и дырки переносят с собой заряд. Как следствие, область на границе станет заряженной, и область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получит дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получит положительный заряд, приносимый дырками. Таким образом, граница раздела будет окружена двумя областями пространственного заряда противоположного знака.

Электрическое поле, возникающее вследствие образования областей пространственного заряда, вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие и перетекание зарядов прекращается.

6. Влияние дефектов структуры и примесей на удельное сопротивления металлов.

В чистых металлах совершенной структуры единственной причиной, ограничивающей длину свободного пробега электронов, является тепловое колебание атомов в узлах кристаллической решетки. Электрическое сопротивление металлов, обусловленное тепловым фактором, обозначим ρ_Т. С ростом температуры увеличиваются амплитуды тепловых колебаний атома и связанные с ними флуктуации периодического поля решетки. А это, в свою очередь, усиливает рассеивание электронов и вызывает возрастание удельного сопротивления.

Теория и эксперимент показывают, что температурная зависимость ρ_Т линейна в некоторой части температурного диапазона:

В некоторых областях температур эта зависимость претерпевает резкие отклонения.

Зависимость ρ_Т от Т в широком диапазоне температур для металлов выглядит следующим образом:

В узкой области I, cоставляющей несколько Кельвинов, у ряда металлов может наступить состояние сверхпроводимости. На рис.12 виден скачок удельного сопротивления при температуре Т_СВ. У чистых металлов идеальной структуры ρТ стремиться к 0 при Т →0 (пунктирная линия).

Рис. 12. Зависимость удельного сопротивления проводников

от температуры

В пределах переходной области II наблюдается быстрый рост , где n доходит до 6 и постепенно убывает до 1 с ростом Т до температуры Дебая (),, которая не превышает для большинства металлов 40⁰-45⁰ К.

Линейный участок (область III) у большинства металлов простирается до температур, близких к точке плавления.

Вблизи точки плавления, т.е. в области IV может наблюдаться некоторое отступление от линейной зависимости.

При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается некоторое увеличение ρ_Т в 1,5 – 2 раза. Но имеется необычные случаи: у веществ со сложной кристаллической структурой, подобных висмуту и галлию плавление сопровождается уменьшением ρ_Т. Это может быть объяснено увеличением модуля сжимаемости при плавлении, что должно сопровождаться уменьшением амплитуды тепловых колебаний атомов.

При плавлении не происходит существенного изменения числа свободных электронов, характера их взаимодействия. Нарушается порядок в расположении атомов.

Относительные изменения удельного сопротивления при изменении температуры на один Кельвин (градус) называют удельным температурным коэффициентом удельного сопротивления:

.

может быть положительным, может отрицательным. ,если в окрестности данной точки ρ возрастает с ростом температуры.