Параметры полупроводниковых материалов

1. Ширина запрещенной зоны - параметр, количественно отражающий структуру энергетического спектра электронов в кристалле данного полупроводника (рис.1.1). Чем химически стабильнее данный полупроводник и чем выше его температура плавления, тем шире запрещенная зона. Значение ширины запрещенной зоны прямо определяет многие электрические и оптические свойства и параметры полупроводников (табл. 1.1):

а) температурную зависимость электропроводности и значение максимальной рабочей температуры;

б) край полосы пропускания, определяющий прозрачность полупроводника для света данной длины волны. Край полосы пропускания связан с шириной запрещенной зоны уравнением

(1.1)

где l измеряется в микрометрах (мкм);

в) длину волны света, испускаемого p - n переходом в результате излучательной рекомбинации.

2. Концентрация собственных носителей заряда (n_i). Значение концентрации собственных зарядов определяется выражением

(1.2)

где j_Т= kT/e - температурный потенциал,

N _c и N _v - мало зависящие от температуры множители, в которые входят эффективные массы соответственно электронов и дырок.

Значения n_i для ряда полупроводников приведены в табл.1.3.

Таблица 1.3.

Параметры	Полупроводники
Ge	Si	GaAs	GaP	GaSb	InP	InSb
Ширина запрещенной зоны при 298 К, эВ	0,75	1,12	1,43	2,26	0,72	1,35	0,18
Концентрация свободных носителей заряда при 298 К, см^–3	2,5·10¹³	3·10¹⁰	1,29·10⁶	2,73	6,1·10¹¹	6,9·10⁴	–
Подвижность электронов в слаболегированном материале при 298 К, см²/(В·с)
Подвижность дырок в слаболегированном материале при 298 К, см²/(В·с)
Относительная диэлектрическая проницаемость	16,0	12,5	13,8		15,7	12,1	17,72

Концентрация носителей заряда сильно зависит от температуры и радиации. Она определяет концентрацию электронов и дырок в примесном полупроводнике. Это следует из закона действующих масс:

(1.3)

3. Подвижность свободных зарядов (m_n, m_р). Характеризует скорость дрейфа, приобретаемую свободными носителями в электрическом поле единичной напряженности, например, 1 В/см. Она имеет размерность квадратный сантиметр на вольт-секунду (см²/(В·с)). Почти все полупроводники имеют подвижность электронов m_n больше, чем подвижность дырок m_р (m_n>m_р). Подвижность свободных носителей зарядов зависит от температуры окружающей среды и концентрации примесей в полупроводнике. Подвижность является параметром, определяющим быстродействие полупроводниковых приборов. Подвижность связана с коэффициентом диффузии свободных зарядов соотношением Эйнштейна:

, где j_Т = Т /11600 - температурный потенциал, при температуре 300 К. j_Т =0,026 эВ.