В сильных электрических полях

Дрейфовая скорость носителей заряда

Вывод формулы (1.5.10) показывает, что закон Ома справедлив, если скорость дрейфа носителей связана с напряжённостью электрического поля линейным соотношением типа (1.5.4) . Проведём некоторые числовые оценки. При умеренных температурах скорость теплового хаотического движения электронов подчиняется соотношению , откуда для Т~300К находим v_{n тепл}~10⁷ см/с.

Рис.1.5.6. Дрейфовые скорости электронов (при 77 и 300К) и дырок (при 300К) в кремнии в зависимости от напряжённости приложенного электрического поля. Наличие нескольких кривых связано с расхождением в имеющихся данных

При подвижности электронов μ_n ~ 1400 см²/В∙с (подвижность в чистом и слабо легированном кремнии) для поля с напряжённостью ~ 100В/см получаем оценку u_{n дрейф} ~ 0.015v_{n тепл}. Т.е. приложенное поле не меняет заметным образом полную скорость и кинетическую энергию свободного носителя заряда. Это значит, что динамические свойства носителей будут оставаться такими же, как и в очень слабых полях. Однако в силь ных электрических полях дрейфовая скорость становится сравнимой со скоростью хаотического теплового движения свободных носителей заряда. Теоретические исследования и эксперимент показывают, что в этом случае скорость дрейфа

перестаёт линейно зависеть от напряжённости поля. В результате закон Ома в сильных электрических полях нарушается. На рис. 1.5.6 показана зависимость величины дрейфовой скорости носителей от величины напряжённости приложенного поля в кремнии при низкой и комнатной температуре /1, с.58/. Из рис. 1.5.6 видно, что в сильных электрических полях имеет место эффект насыщения дрейфовой скорости свободных носителей заряда. Это явление играет важную роль в работе полевых транзисторов.