Общие представления о природе высокой чувствительности полупроводников к воздействию различных внешних факторов

Для того, чтобы это понять, вернемся к численным значениям удельной электропроводности металлов (м) и полупроводников (п).

Примем для последующих оценочных расчетов следующие их величины:

σ_м = 10⁵…10⁶ (Ом·см)^-1 и σ_п = 10^-3…10^-2 (Ом·см)^-1. (5)

Величина σ связана с концентрацией электронов n и их подвижностью μ соотношением

σ = enμ, (6)

где e – заряд электрона, равный 1,6·10^-19 Кл.

Примем подвижности электронов в металле и полупроводнике одинаковыми и равными μ = 100 см²/(В·с).

Тогда для металла

n _м = σм/(е μ) = (10⁵…10⁶)/(1,6·10^-19·10²) ≈ 6·10²¹…6·10²² см^-3, (7)

а для полупроводника

n _п = σп/(е μ) = (10^-3…10^-2)/(1,6·10^-19·10²) ≈ 6·10¹³…6·10¹⁴ см^-3. (8)

Как видно из этих оценок, в металле число электронов, участвующих в проводимости, близко к числу атомов в 1 см³ кристалла. Следовательно, каждый или почти каждый атом в кристаллической решетке металла отдал электрон для переноса электрического заряда. Такая ситуация характерна для кристаллов с металлическим типом химической связи.

По-иному обстоит дело в полупроводниковом кристалле. Количество электронов проводимости в нем на много порядков меньше числа атомов, т.е. далеко не каждый атом отдал электрон для участия в явлении проводимости. Следовательно, проводимость полупроводника можно существенно увеличить, если каким-либо способом ионизировать дополнительное количество атомов в его кристаллической решетке.

Таким образом, исходно малое число равновесных носителей заряда в полупроводнике приводит к тому, что их заметное увеличение существенно сказывается на свойствах полупроводников. Следовательно, если уметь управлять количеством свободных носителей заряда в полупроводнике и их транспортными свойствами, то можно эффективно управлять и свойствами полупроводника. Это в свою очередь позволяет управлять практически важными параметрами полупроводниковых приборов.

Так, например, под влиянием достаточно малого напряжения U _ЗИ, прикладываемого к затвору и истоку полевого транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) (Рис. 5), может существенно изменяться тип и величина проводимости приповерхностной области базового полупроводникового кристалла такого ПТИЗ, в результате чего ПТИЗ из закрытого состояния переходит в открытое состояние и через возникший, так называемый, индуцированный проводящий канал между истоком и стоком начинает протекать ток I _ИС, управляемый величиной U _ЗИ и зависящий от напряжения U _ИС, прикладываемого к каналу между истоком и стоком. Кроме того, величина I _ИС существенно зависит от площади S _К поперечного сечения канала, которая связана с его толщиной t и шириной d соотношением

S _К = td, (9)

а также от его длины l, концентрации носителей заряда и их подвижности в канале (n и μ _n, соответственно, если, например, материал канала имеет n -тип проводимости).

аб