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^[1]:

${\displaystyle j=\sigma E\,,}$

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

где ${\displaystyle \sigma }$ — удельная электропроводность, n и p — концентрации электронов проводимости и дырок, ${\displaystyle \mu _{e}}$ и ${\displaystyle \mu _{p}}$ — 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^[1]. Для дрейфа неравновесных носителей, следует учитывать поле объёмных зарядов наряду с внешним полем, и рекомбинацию носителей тока^[1]. В результате движение инжектированных неравновесных носителей во внешнем электрическом поле описывается амбиполярной подвижностью

${\displaystyle \mu _{a}={\frac {\mu _{e}\mu _{p}(n-p)}{n\mu _{e}+p\mu _{p}}}\,,}$

которая в общем случае отличается от ${\displaystyle \mu _{e}}$ и ${\displaystyle \mu _{p}}$. При ${\displaystyle n=p}$ (собственный полупроводник) ${\displaystyle \mu _{a}=0}$, при ${\displaystyle n\gg p}$ (полупроводник n-типа) ${\displaystyle \mu _{a}=\mu _{p}}$, при ${\displaystyle p\gg n}$ (полупроводник p-типа) ${\displaystyle \mu _{a}=\mu _{e}}$ — в примесных полупроводниках ${\displaystyle \mu _{a}}$ совпадает с подвижностью неосновных носителей. Во внешнем электрическом поле E скорость движения пакета неравновесных носителей равна ${\displaystyle E\mu _{a}}$^[2].

Важной характеристикой дрейфа носителей тока является длина дрейфа — среднее расстояние, которое проходят носители от места их генерации до места рекомбинации. Длина дрейфа равна ${\displaystyle l=\mu E\tau }$, где ${\displaystyle \tau }$ — 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 ${\displaystyle H\mu /c\gg 1}$, перпендикулярном внешнему электрическому полю E, дрейф носителей тока происходит в направлении, перпендикулярном E и H, со скоростью ${\displaystyle v=cE/H}$, не зависящей от подвижности носителей. Одновременно с этим носители движутся по окружности с циклотронной частотой^[2].

• 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.