Дрейф носителей тока

Дрейф носителей тока — направленное движение носителей тока в полупроводниках под действием внешних полей, накладывающееся на их тепловое движение. Плотность тока, возникающего в результате дрейфа носителей тока в электрическом поле E (дрейфового тока), выражается следующим образомШаблон:Sfn:

$j=\sigma E,$

$\sigma =e(n{\mu }_e+p{\mu }_p),$

где $\sigma$ — удельная электропроводность, n и p — концентрации электронов проводимости и дырок, ${\mu }_e$ и ${\mu }_p$ — их подвижности. Полный ток проводимости в полупроводнике складывается из дрейфового тока, диффузионного тока и термоэлектрического тока, обусловленного наличием градиента температуры. Дрейф носителей тока может также возникать в результате акустоэлектрического эффекта или фотоэлектрического эффектаШаблон:Sfn. Для дрейфа неравновесных носителей, следует учитывать поле объёмных зарядов наряду с внешним полем, и рекомбинацию носителей токаШаблон:Sfn. В результате движение инжектированных неравновесных носителей во внешнем электрическом поле описывается амбиполярной подвижностью

${\mu }_a=\frac{{\mu }_e{\mu }_p(n-p)}{n{\mu }_e+p{\mu }_p},$

которая в общем случае отличается от ${\mu }_e$ и ${\mu }_p$. При $n=p$ (собственный полупроводник) ${\mu }_a=0$, при $n\gg p$ (полупроводник n-типа) ${\mu }_a={\mu }_p$, при $p\gg n$ (полупроводник p-типа) ${\mu }_a={\mu }_e$ — в примесных полупроводниках ${\mu }_a$ совпадает с подвижностью неосновных носителей. Во внешнем электрическом поле E скорость движения пакета неравновесных носителей равна $E{\mu }_a$Шаблон:Sfn.

Важной характеристикой дрейфа носителей тока является длина дрейфа — среднее расстояние, которое проходят носители от места их генерации до места рекомбинации. Длина дрейфа равна $l=\mu E\tau$, где $\tau$ — время жизни неравновесных носителей. Длину дрейфа можно измерить тем же методом, что и измерение длины диффузии. В анизотропных кристаллах направление дрейфа может не совпадать с направлением электрического поля, что приводит к рассмотрению подвижностей как тензорные величины. В сильных полях дрейф может быть анизотропным даже в изотропных многодолинных полупроводниках. В общем случае, направление дрейфа носителей тока не совпадает с направлением внешнего электрического поля в присутствии поперечного магнитного поля. Например, в сильном магнитном поле H (удовлетворяющем условию $H\mu /c\gg 1$, перпендикулярном внешнему электрическому полю E, дрейф носителей тока происходит в направлении, перпендикулярном E и H, со скоростью $v=cE/H$, не зависящей от подвижности носителей. Одновременно с этим носители движутся по окружности с циклотронной частотойШаблон:Sfn.

Литература

• Шаблон:Книга