3. Эффекты электропроводности и приборы на их основе

Рассмотрим основные эффекты электропроводности простейших пп структур и микроэлектронные приборы на их основе.

Резистивный эффект. В основе этого эффекта лежит уравнение электропроводности, рассмотренное в разделе 1

_q(_n_p )(N_sN_v)^1/2exp(-j_z/j_т)

На основе данного уравнения или аналогичных уравнений для примесных пп создаются пленочные или объемные пп резисторы. Основным недостатком таких резисторов является сильная зависимость их параметров от температуры (за счет влияния функции j_т = kT/q на удельную проводимость пп.).

Фоторезистивный эффект. Процесс термогенерации свободных носителей заряда не является единственным генерационным процессом в пп. Любые энергетические воздействия на пп с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны, могут генерировать свободные носители заряда. Одним из таких процессов является процесс фотогенерации – генерация избыточных (относительно термогенерационных) свободных носителей заряда под действием фотонов, т. е. при облучении пп светом. Минимально необходимая энергия фотонов для собственных пп определяется условиями

hj_z q или =2ch/j_z q ,где h – постоянная Планка;  - минимальная частота света;  - максимальная длина волны света; c – скорость света.

Аналогичные соотношения можно записать для примесных пп с заменой ширины запрещенной зоны j_z = (j_s – j_v ) на соответствующие разности (j_s - j_d) для донорных пп и (j_a - j_v) для акцепторных пп.

Процесс фотогенерации избыточных свободных носителей заряда приводит к изменению (увеличению) проводимости пп, что и определяет смысл фоторезистивного эффекта т.е.

 = f(I_ф), где I_ф – интенсивность светового потока, направленного на пп.

На основе данного эффекта создаются фоторезисторы, используемые в качестве фотодатчиков.

Эффект люминесценции. В отличие от процессов генерации свободных носителей заряда, рекомбинационные процессы сопровождаются выделением энергии. В основном выделяется тепловая энергия (безизлучательная рекомбинация). Однако, при выполнении определенных условий возможно выделение энергии в оптическом диапазоне, т. е. в виде светового потока (излучательная рекомбинация). Подобные процессы лежат в основе одного из направлений микроэлектроники – оптоэлектроники. В частности, эффект излучательной рекомбинации лежит в основе процессов люминесценции пп. Обязательным условием излучательной рекомбинации является строгое выполнение равенств hj_z q или =2ch/j_z q для собственных пп, где h – постоянная Планка;  - минимальная частота света;  - максимальная длина волны света; c – скорость света.

Аналогичные соотношения можно записать для примесных пп с заменой ширины запрещенной зоны j_z = (j_s – j_v ) на соответствующие разности (j_s - j_d) для донорных пп и (j_a - j_v) для акцепторных пп. Очевидно, что выполнение таких условий требует строгого подбора соответствующих пп материалов (люминофоров) и не мене строгого соблюдения производственных технологий. Необходимым условием процессов люминесценции является энергетическая активация рекомбинационных процессов с целью генерации свободных носителей заряда и их последующей рекомбинации. С этой точки зрения существует несколько видов люминесценции пп (см. литературу). Типичным примером является катодолюминесценция – процесс излучательной рекомбинации люминофора при активации потоком высокоэнергетических электронов разогретого катода электроннолучевой трубки в видеоаппаратуре.

Другие специфические виды эффектов электропроводности (эффект Холла, эффекты сильных электрических полей, эффект Гана) здесь подробно не рассматриваются – см. литературу.