Полевой эффект и его применение

1.1 Эффект поля в германии при высоких частотах

Изменение проводимости приповерхностного слоя полупроводника, вызываемое электрическим полем, перпендикулярным этой поверхности, обычно называют эффектом поля. Исследование эффекта поля в германии при высоких частотах приводит к некоторым трудностям, так как возникают большие токи смещения, идущие к поверхностной области. [8]

Эффективная подвижность носителей тока, индуцированных у поверхности полупроводника при приложении поля, часто гораздо меньше подвижности носителей в объеме образца; причина заключается в том, что часть носителей связана на поверхностных уровнях. При достаточно высоких частотах поверхностные уровни не смогут успевать обмениваться с зоной проводимости или валентной зоной и эффективная подвижность в таком случае будет равна объемной подвижности основных носителей.

Рисунок 1. Схема установки для эффекта поля.

Данное исследование проводилось на экспериментальной установке показанной на рисунке 1.

Образец представлял собой прямоугольный параллелепипед размерами , вырезанный из монокристалла германия; к концам образца были припаяны контакты. Поверхность образца подвергалась различным видам обработки.

Образец германия являлся одной из пластин конденсатора, а диэлектриком служила пластина из монокристалла титаната стронция, при этом емкость системы составляла ~ 30 пФ. Конденсатору было приложено переменное напряжение в 10В, создающее максимальное поле порядка 4 10⁴ В /см. Между концами образца германия было приложено меньшее напряжение той же частоты и фазы. В результате модуляции этого напряжения при изменениях проводимости, вызываемых эффектом поля, в цепи гальванометра индуцируется постоянный ток, который, пропорционален эффекту поля.

Эффект поля можно охарактеризовать эффективной подвижностью носителей тока

₁ (1)

где ₁ - проводимость образца на единицу поверхности, а - полный заряд, индуцированный полем на единице поверхности. Полная проводимость равна

₁

где W- ширина, а L- длина образца, тогда

_В

здесь С-полная емкость между пластиной и образцом, _В -напряжение приложенное к емкости. Отсюда следует

_эф ² _В (2)

Приложенные напряжения, показанные на рисунке 1, синусоидальны со среднеквадратичными значениями V_A и V_B и могут быть записаны в виде

(5а)

(5б)

где - фазовый сдвиг между приложенными напряжениями. При малых изменениях проводимость может быть записана следующим образом:

(3в)

где θ'- фазовый сдвиг электропроводности по отношению к _В .Ток вдоль образца при напряжении будет

(4)

(5)

Обычным приемом теории переменного тока можно расширить простое определение (1) , представляя как комплексное число, модуль которого равен отношению амплитуд двух синусоидальных величин ₁