半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章-文庫吧
2024-12-29 12:26 本頁面
【正文】 個(gè)空穴，于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加。 23 ? Acceptor，摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子向半導(dǎo)體中提供導(dǎo)電的空穴，并成為帶負(fù)電的離子。 ? 摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體為 P（ Positive）型半導(dǎo)體。施主雜質(zhì)的濃度記為 NA。 24 ? 受主接受電子稱為受主雜志，提供了一個(gè)局域化的電子態(tài)，相應(yīng)的能級稱為受主能級 — Ea。 ? 受主雜質(zhì)很容易從價(jià)帶接收一個(gè)電子 —— 受主電離能很小，因此受主能級位于價(jià)帶之上，并距離很近。 25 ? 受主雜質(zhì)電離的另外一種表述：把中性的受主雜質(zhì)看成帶負(fù)電的硼離子在它周圍束縛一個(gè)帶正點(diǎn)的空穴，把受主雜質(zhì)從價(jià)帶接收一個(gè)電子的電離過程，看做被硼離子束縛的空穴被激發(fā)的導(dǎo)帶的過程。 ? 這種說法與施主雜質(zhì)把束縛的電子激發(fā)到導(dǎo)帶的電離過程完全類似。 26 ? 半導(dǎo)體中同時(shí)摻有受主和施主雜質(zhì)，由于受主能級比施主能級低得多，施主能級上的電子首先要去填充受主能級，使施主向?qū)峁╇娮拥哪芰褪苤飨騼r(jià)帶提供空穴的能力相互抵消而減弱，稱為 雜質(zhì)補(bǔ)償 。 ? 此時(shí)半導(dǎo)體的類型由濃度較大的雜質(zhì)決定。 27 ? 研究載流子分布的兩個(gè)問題：狀態(tài)密度和載流子占據(jù)這些狀態(tài)的概率。 ? 狀態(tài)密度 ：單位體積中每單位能量間隔的有效電子狀態(tài)的平均數(shù)目。 ? 能帶是無數(shù)個(gè)能級 “ 壓縮 ” 而成的，而且能帶是量子化的，所以在這個(gè)能量范圍必然有一定數(shù)量的能級（軌道）存在。 28 ? 假設(shè)單位體積的導(dǎo)帶電子狀態(tài)數(shù)為 NC，且都集中在導(dǎo)帶底，則導(dǎo)帶電子密度恰好為上述表達(dá)式，因此稱 NC為 導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度 。 ? 導(dǎo)帶狀態(tài)密度： 174 ? 價(jià)帶狀態(tài)密度： 177 ? 狀態(tài)密度隨能量的變化： 2/1)( cc EEN ?? 2/1)( EEN vv ??29 ? 費(fèi)米分布函數(shù)與費(fèi)米能級 ? 熱平衡狀態(tài)下，一個(gè)能量為 E的電子態(tài)被電子占據(jù)的概率為 ? 稱為 費(fèi)米分布函數(shù) 。說明每個(gè)電子態(tài)被電子占據(jù)的概率隨能量 E變化 1)e x p (1)(???KTEEEf F30 ? K為波爾茲曼常數(shù)， T為絕對溫度。室溫下（ 300K）為 。 ? EF為費(fèi)米能級：被電子占據(jù)的概率為 1/2 ? 是反應(yīng)電子在各個(gè)能級中分布情況的參數(shù)；費(fèi)米能級高，說明電子占據(jù)高能級的概率大；費(fèi)米能及是電子填充能級水平高低的標(biāo)志 31 載流子的統(tǒng)計(jì)分布 ? 費(fèi)米能級隨溫度以及雜質(zhì)的種類和多少的變化而變化；熱平衡系統(tǒng)的費(fèi)米能及恒定 ? 相應(yīng)的，能量為 E的量子態(tài)未被電子占據(jù)，既被空穴占據(jù)的概率為 1)e x p (1)(1????KTEEEfF32 ? 對于 EEF》 KT的能級， ? 對于 EEF《 KT的能級， ? 稱為經(jīng)典的 玻爾茲曼分布 。 )e xp()(KTEEEf F???)e xp()(1KTEEEf F???33 能帶中電子和空穴的濃度 ? 導(dǎo)帶電子濃度 ? 其中 稱為 導(dǎo)帶有效狀態(tài)密度 ?????? ???KTEENn FCC e xp? ?32322hKTmN dnc??34 ? 價(jià)帶空穴濃度 ? 其中 ? 稱為 價(jià)帶有效狀態(tài)密度 e x p FVV EEpNKT?????????? ?32322hKTmN dpV??35 ? 導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度之積 ? 式中 Eg為禁帶寬度。與溫度有關(guān)，可以把它寫成經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 ? 其中 為禁帶寬度溫度系數(shù)， Eg0為 0K時(shí)的 Eg值。 KTEVcgeNNnp??TEE gg ??? 0?36 ? 化簡后得到 ? 其中 K1為常數(shù) ? 結(jié)論 ：在溫度已知的半導(dǎo)體中，熱平衡情況下， np之積只與狀態(tài)密度和禁帶寬度有關(guān)，而與雜質(zhì)濃度和費(fèi)米能級的位置無關(guān)。 KTE geTKnp031??37 ? 本征半導(dǎo)體 ：沒有雜質(zhì)和缺陷的半導(dǎo)體。 ? 未激發(fā)時(shí)，價(jià)電子全部位于價(jià)帶。 ? 本征激發(fā) ：溫度升高時(shí)，價(jià)電子沖破共價(jià)鍵束縛到達(dá)導(dǎo)帶。 ? 電子 空穴對： n=p，稱為 電中性條件 。 ? 得到本征費(fèi)米能級，近似為禁帶中央能量，稱為 Ei。 ? ?11 l n ( 1 6 8 )22 Vi c VcNE E E K TN? ? ? ?38 ? 本征載流子濃度 ni和 pi： ? 稱為 質(zhì)量作用定律 。在非本征半導(dǎo)體情況下同樣適用。在熱平衡情況下，已知 ni和一種載流子的濃度，可以求得另外一種載流子的濃度 ? ? 1 2 e x p ( 1 6 9 )2gi i C VEn p N NKT??? ? ? ?????2 ( 1 70)inp n??39 ? 也可以把電子和空穴濃度寫成下面的形式： ? 1714和 1717比 1728和 1
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