حركية حامل شبه موصل

تعد الانتقالية - mobility مقياساً لمدى تحرك حاملات الشحنة-carriers في مادة معينة. يعبر عنها غالبا بالرمز μ وتعرف بأنها نسبة سرعة الحاملات باتجاه المجال (سرعة الانجراف - drift velocity، v_d) إلى قيمة المجال الكهربائي ζ:.

\mu =\left\vert {\frac {V_{d}}{\zeta }}\right\vert

يعبر عن الانتقالية عادة بالسنتيمترات المربعة لكل فولت ثانية $((cm^{2})/(V.s))$ .

في شبه الموصل، تنطبق حركية الحاملات على الإلكترونات والفجوات. انتقال كل من الإلكترون والفجوة يعتمد على تركيز شوائب المانحات donors ، الحرارة، ما إذا كانت الحاملات الأقلية أم الحاملات الأغلبية.(الحاملات الأغلبية تكون إلكترونات في المواد نوع سالب n-type وفجوات في المواد ذات النوع الموجب p-type). إضافة لذلك، إن سرعة الانجراف وبالتالي حركية الحاملات تتأثر بتبعثر الحاملات والمجال الكهربائي.

اعتمادية تركيز التطعيم

تتكون حاملات الشحنة في أشباه الموصلات من الكترونات وفجوات وتكون أعدادها محكومة بتركيز العناصر الشائبة، أي تركيز التطعيم. بالتالي، فإن لتركيز التطعيم تأثيراً بالغاً في حركية الحاملات.

في حين أن هناك تبعثراً ملحوظاً في البيانات التجريبية، للمواد المعوضة (التي لايحسب حساب للتطعيم بها)، تتميز الحركية في السيليكون بالعلاقة التجريبية:[1]

\mu =\mu _{o}+{\frac {\mu _{1}}{1+({\frac {N}{N_{\text{ref}}}})^{\alpha }}}

حيث N تركيز التطعيم (إما N_D أوN_A), وN_ref وα متغيرات ملائمة. عند درجة حرارة الغرفة, تصبح المعادلة السابقة: حاملات الأغلبية:[2]

\mu _{n}(N_{D})=65+{\frac {1265}{1+({\frac {N_{D}}{8.5\times 10^{16}}})^{0.72}}}

\mu _{p}(N_{A})=48+{\frac {447}{1+({\frac {N_{A}}{6.3\times 10^{16}}})^{0.76}}}

حاملات الأقليّة:[3][4][5]

\mu _{n}(N_{A})=232+{\frac {1180}{1+({\frac {N_{A}}{8\times 10^{16}}})^{0.9}}}

\mu _{p}(N_{D})=130+{\frac {370}{1+({\frac {N_{D}}{8\times 10^{17}}})^{1.25}}}

تنطبق هذه المعادلات على السيليكون فقط وعند المجال المنخفض.

العلاقة بين تبعثر الحاملات والانتقالية

تذكر أن التعريف ينص على أن الحركية معتمدة على سرعة الانجراف. تتأثر السرعة الانجرافية للحاملات بالحوادث المبعثرة، أي، بتغير الاتجاه و\أو طاقة الحاملات إثر التصادم مع جسيم، مثل ذرة مشحونة شائبة أو فونون.

تأثير التبعثر على حركية الحاملات

لو اعتبرنا القوة المؤثرة على الكترون نتيجة للمجال الكهربائي هي:

F=-q\zeta =m_{e}^{*}{\frac {dv}{dt}}

وبإعادة الترتيب،

dv=-{\frac {q\zeta }{m_{e}^{*}}}dt

بمكاملة الطرفين

v(t)-v(t_{o})=-{\frac {q\zeta }{m_{e}^{*}}}(t-t_{o})

حيث t_o زمن التصادم السابق (حادثة التبعثر).

اعتمادية الحرارة

جدول 1: اعتماد الانتقالية على درجة الحرارة
	سيليكون Si	جرمانيوم Ge	GaAs
حركية الإلكترون	∝T^-2.4	∝T^-1.7	∝T^-1.0
حركية الفجوة	∝T^-2.2	∝T^-2.3	∝T^-2.1

بزيادة درجة الحرارة، يزداد تركيز الفونونات متسببا في زيادة التبعثر. الجدول السابق يوضح بعض القيم التجريبية لكل من Si, Ge .[6]

مراجع

B. L. Anderson and R. L. Anderson, "Fundamentals of Semiconductor Devices, " Mc Graw Hill, 2005
D. M. Caughey and R. Thomas, "Carrier mobilities in silicon empirically related to doping and field," Proc. IEEE, 55, pp. 2192-2193, 1967.
J. del Alamo, S. Swirhun, and R. M. Swanson, "Measure and modeling minority carrier transport in heavily doped silicon, " إلكترونيات الجوامد, 28, pp. 47-54, 1985
J. del Alamo, S. Swirhun, and R. M. Swanson, "Simultaneous measurement of hole lifetime, حركية الإلكترون and bandgap narrowing in heavily doped n-type silicon," IEDM Technical Digest, pp. 290-293, 1985.
S. E. Swirhun, Y. H. Kwark, and R. M. Swanson, "Measurement of electron lifetime, electron mobility and bandgap narrowing in heavily doped p-type silicon," IEDM Technical Digest, pp. 24-27, 1986.
Carrier Transport نسخة محفوظة 21 يناير 2009 على موقع واي باك مشين.

بوابة الفيزياء
بوابة كهرباء

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] B. L. Anderson and R. L. Anderson, "Fundamentals of Semiconductor Devices, " Mc Graw Hill, 2005

[2] D. M. Caughey and R. Thomas, "Carrier mobilities in silicon empirically related to doping and field," Proc. IEEE, 55, pp. 2192-2193, 1967.

[3] J. del Alamo, S. Swirhun, and R. M. Swanson, "Measure and modeling minority carrier transport in heavily doped silicon, " إلكترونيات الجوامد, 28, pp. 47-54, 1985

[4] J. del Alamo, S. Swirhun, and R. M. Swanson, "Simultaneous measurement of hole lifetime, حركية الإلكترون and bandgap narrowing in heavily doped n-type silicon," IEDM Technical Digest, pp. 290-293, 1985.

[5] S. E. Swirhun, Y. H. Kwark, and R. M. Swanson, "Measurement of electron lifetime, electron mobility and bandgap narrowing in heavily doped p-type silicon," IEDM Technical Digest, pp. 24-27, 1986.

[6] Carrier Transport نسخة محفوظة 21 يناير 2009 على موقع واي باك مشين.