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 образом:

$j=\sigma E\,,$

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

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 эффекта. Для дрейфа неравновесных носителей, следует учитывать поле объёмных зарядов наряду с внешним полем, и рекомбинацию носителей тока. 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 $E\mu _{a}$.

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 частотой.

Литература

• Эпштейн Э. М. Дрейф носителей тока // Физика твёрдого тела: Энциклопедический словарь / Гл. ред. В. Г. Барьяхтар. — Киев: «Наукова Думка», 1996. — Т. 1. — 656 с. — ISBN 5-12-004063-2.