вырожденный полупроводник

ВЫРОЖДЕННЫЙ ПОЛУПРОВОДНИК - полупроводник, в к-ром энергетич. распределение носителей заряда описывается Ферми - Дирака статистикой. Уровень Ферми в В. п. расположен либо внутри зоны проводимости или валентной зоны, либо находится в запрещённой зоне в непосредственной близости от краёв этих зон, на расстоянии порядка kT (T - абс. темп-ра). Собственные полупроводники становятся вырожденными при высоких темп-pax, когда k T сравнимо с шириной запрещённой зоны . В собственных полупроводниках с узкой запрещённой зоной (HgSe, HgTe) вырождение носителей одного или обоих типов наступает уже при комнатной темп-ре. В примесных полупроводниках электроны проводимости (дырки) становятся вырожденными при высоких концентрациях донорной (акцепторной) примеси. При интенсивном оптич. возбуждении или сильной инжекции носителей заряда возможно вырождение неравновесных носителей.

При произвольной степени вырождения термодинамич. и кинетич. характеристики равновесной электронно-дырочной системы полупроводника выражаются через интегралы Ферми - Дирака:

Здесь , - хим. потенциал. В случае сильного вырождения (при ) эти ф-лы заметно упрощаются и для примесных В. п. имеют тот же вид, что и для металлов.

Вырождение носителей заряда особенно заметно проявляется в тех кинетич. эффектах, к-рые обусловлены тепловым разбросом в распределении носителей по энергиям. К таким эффектам относятся магниторезистивный эффект (см. Магнетосопротивление), электронная теплопроводность, Пелътъе эффект, Нернста эффект, Эттингсхаузена эффект и др. в полупроводниках с изотропным энергетич. спектром. В полностью В. п. (при T=0K) эти эффекты отсутствуют, т. к. в силу Паули принципа в явлениях переноса в таких полупроводниках принимают участие лишь носители заряда, находящиеся на ферми-поверхности и обладающие одной и той же энергией. При Т=0К эти эффекты имеют место, но они невелики - их величина приблизительно в или в (в зависимости от рассматриваемого эффекта) раз меньше, чем в невырожденном полупроводнике.

Наиб. ярко особенности В. п. проявляются в присутствии квантующего магн. поля (см. Де Хааза-ван Альфена эффект, Шубникова-де Хааза эффект и др.). В. п. используются в туннельных диодах и инжекционных лазерах.

Лит.: Ансельм А. И., Введение в теорию полупроводников, 2 изд., M., 1978; Блекмор Дж., Статистика электронов в полупроводниках, пер. с англ., M., 1964.

Э. M. Эпштейн.

   <<      Предметный указатель      >>