Физические основы отрицательного дифференциального сопротивления

7.1.1. Физические основы отрицательного дифференциального сопротивления

Рассмотрим вначале зависимость энергии свободного электрона, находящегося в вакууме, от его импульса (рис. 7.1). Энергия такого электрона равна:

где – вектор скорости свободного электрона; его масса.

Зависимость, представленная на рис. 7.1, является энергети­ческой диаграммой свободных электронов в вакууме, изображен­ной в пространстве импульсов или в пространстве волновых векторов:

В полупроводниковом кристалле свободный электрон можно считать свободным только условно, так как на электрон в крис­талле действует периодическое потенциальное поле кристалли­ческой решетки. Чтобы описать сложные законы движения элект­рона в кристалле с помощью соотношений, совпадающих по форме с законами классической механики, можно учесть влия­ние внутренних сил на электрон, изменив соответ

Каждый электрик должен знать:  Типовые схемы расположения электропроводки в квартире

ствующим образом значение его массы, т.е. введя понятие некоторой эффективной массы электрона (или дырки).

Таким образом, эф­фективная масса это коэффициент пропорциональности в зако­не, связывающем внешнюю силу, действующую на электрон в кристалле, с его ускорением.

Энергетическая диаграмма некоторых полупроводников, построенная в пространстве квазиимпуль­сов (в – пространстве), может иметь несколько минимумов. Например, в зоне проводимости арсенида галлия имеются два минимума, эффективные массы электронов в которых суще­ственно различаются (рис. 7.2). Электроны, занимающие уровни, располо­женные:

Каждый электрик должен знать:  Ультразвуковая сварка

в центральном минимуме, называют легкими (т*1 = 0,072 m, где m масса свободного электрона);

Так как подвижность обратно пропорциональна m*, то легкие электроны имеют высокую подвижность (5…8) 10 3 см 2 /(В·с), а тяжелые – низкую 100 см 2 / (В·с).

Соотношение между концентрациями «легких» (n1) и «тяжелых» (п2) электронов изменяется при изменении напряжен­ности электрического поля, так как в сильном электрическом поле (при напряженности, большей порогового значения Е > ) электроны, приобретая дополнительную энергию, пре­вышающую (рис. 7.2), переходят в боковые долины и становятся «тяжелыми». Если при этом еще не происходит замет­ной ударной ионизации, то общая концентрация электронов остается неизменной и равной равновесной концентрации:

Каждый электрик должен знать:  Характеристики УЗО для каждой группы электропроводки

Обозначив подвижность «легких» электронов , подвижность «тяжелых» электронов , выражение для плотности тока через кристалл запишем так:

Добавить комментарий