Електропровідність напівпровідників в сильних електричних полях. Ефект Ганна

З ростом напруженості електричного поля провідність напівпровідників змінюється.

В слабих електричних полях концентрація носіїв заряду не залежить від напруженості поля Е, а залежність струму через напівпровідник від напруженості електричного поля , відповідає закону Ома. На рис.7 цьому випадку відповідає ділянка ОА залежності . Починаючи з деякого значення напруженості наростання з ростом Е спочатку сповільнюється , а при Е = Екр повністю зупиняється (ділянка АВ на рис.). При подальшому збільшенні Е (ділянка ВС) енергії поля ще недостатньо для збільшення концентрації носіїв заряду: при цьому рухливість електронів зменшується (внаслідок збільшення числа зіткнень з атомами кристалічної гратки) і визначається виразом:

, (1)

де - рухливість в слабих полях; - коефіцієнт, який не

залежить від напруженості поля

Рис.1. Залежність напівпровідника в сильному електричному полі.

У відповідності з (1) диференційна провідність напівпровідника на цій ділянці є величною від'ємною.

Ефект Ганна проявляється в напівпровідниках n- типу провідності в сильних електричних полях.

Падіння з ростом Е продовжується до порогового значення напруженості , після чого провідність напівпровідника різко зростає за рахунок збільшення концентрації носіїв заряду (ділянка CD на рис.8)

Сутність ефекту Ганна полягає в тому, що якщо в напівпровіднику створити напруженість електричного поля, більшу але меншу , тобто на ділянці ВС характеристики, то в напівпровіднику виникнуть електричні коливання надвисокої частоти (НВЧ). Ефект Ганна знаходить практичне застосування в діодах Ганна, які використовуються як малопотужні генератори НВЧ.

Ефект Холла

Явища, які виникають в напівпровіднику зі струмом при розміщенні його в магнітне поле, називають гальваномагнітними.

До числа гальваномагнітних явищ відноситься ефект Холла, відкритий в 1879 р. американським фізиком Едвіном Гербертом Холлом

Ефект Холла проявляється в напівпровідниках n-типу провідності зі струмами,що протікають через них, і розташованих в магнітному полі (рис.9.)

Рис.9 До пояснення ефекту Холла

На електрони,що рухаються у напівпровіднику, буде діяти сила Лоренца F, під дією якої електрони будуть відхилятися до далекого краю пластинки, отже там буде згущення електронів, а біля переднього краю – їх недостача. Тому між цими краями виникає ЕРС, що називається ЕРС Холла.

, (1)

де - постійна Холла (коефіцієнт пропорційності );

В – індукція магнітного поля;

I – керуючий струм

У випадку, якщо в матеріалі напівпровідникової пластини існують заряди тільки одного виду, постійна Холла рівна

, (2)

де е- заряд електрона;

n – концентрація носіїв заряду.

Ефект Холла застосовується в магнітометричних давачах.

Поиск по сайту: