半導(dǎo)體物理第五章ppt課件(已修改)
2025-05-18 12:47 本頁面
【正文】 第 5章 載流子輸運現(xiàn)象 本章學(xué)習(xí)要點： 1. 掌握載流子 漂移運動 的機理及其電流密度； 掌握 遷移率、電導(dǎo)率、電阻率的概念及影響因素； 2. 掌握載流子 擴散運動 的機理及其電流密度 。 掌握擴散系數(shù)的概念； 3. 掌握愛因斯坦關(guān)系；了解半導(dǎo)體材料中非均勻摻雜 帶來的影響； 4. 了解半導(dǎo)體材料中霍爾效應(yīng)的基本原理及其分析方 法； 在第 4章中，學(xué)習(xí)了熱平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶電子和價帶空穴的濃度。這些載流子如果發(fā)生凈的定向流動，就會形成電流。 通常把載流子定向流動的過程稱為 載流子的輸運過程。 半導(dǎo)體中載流子的輸運機理有兩種： 漂移運動； 擴散運動； 167。 載流子的漂移運動 概念 漂移運動 : 載流子在外加電場作用下的定向運動。 外加電場給半導(dǎo)體材料中的載流子施加一 個電場力。 漂移電流： 載流子進行漂移運動所形成的電流。 載流子的運動過程（以電子為例）： 無外加電場 : 在沒有外加電場的情況下，電子在半導(dǎo)體晶體材料中進行 無規(guī)則 的熱運動。 由于電子與晶格原子之間的碰撞作用，這種無規(guī)則的熱運動將不斷地改變電子的運動方向。溫度越高，電子在發(fā)生兩次碰撞之間的自由運動時間也就越短。 在 沒有 外加電場情況下，電子在半導(dǎo)體晶體材料中的運動軌跡。 存在外加電場： 在 有外加電場存在 的情況下，電子除了無規(guī)則的熱運動之外，還將在外加電場的作用下做 定向 的加速運動。 但是電子的速度不會無限制地增加下去，而是會因為碰撞作用不斷地失去定向運動的速度，然后再重新開始加速，最后等效來看，電子在外加電場的作用下將會獲得一個平均的定向運動速度。 存在外加電場，電子在半導(dǎo)體晶體材料中的運動軌跡： 結(jié)論： 在半導(dǎo)體晶體材料中，由于晶格原子的碰撞作用，載流子的運動方向會不斷地發(fā)生變化： 沒有外加電場時，載流子總的平均定向運動速度為零； 有外加電場時，載流子將在原來熱運動的基礎(chǔ)上，疊加一個定向的漂移運動。 漂移電流密度 電流密度 J（ A/cm2): 通過垂直于電流方向單位面 積的電流。 漂移電流密度表示方法： Jdrf 如下圖所示的一塊半導(dǎo)體材料，當(dāng)在其兩端外加電壓V之后，所形成的電流密度為： 式中， N：導(dǎo)電載流子的密度； V：載流子的平均定向漂移速度； 在低電場情況下 ，載流子的定向漂移速度與外加電場成正比，即： μ載流子的 遷移率 ，單位： cm2/Vs。 載流子的漂移電流密度可表示為： ENqJ drf ??對于半導(dǎo)體材料中的空穴，其漂移電流密度可表示為： 同樣，對于半導(dǎo)體材料中的電子，其漂移電流密度可表示為： μ n、 μ p分別為電子和空穴的遷移率。 在半導(dǎo)體材料中，總的漂移電流密度可表示為： 遷移率 遷移率是半導(dǎo)體的重要參數(shù)，反映了載流子的漂移特性。 定義 ：弱電場情況下 對于空穴而言，則有： Ev??假設(shè)空穴的初始速度為零，對上式積分則有 自由運動時間： 連續(xù)兩次散射之間的載流子自由運動 的平均時間。 設(shè)空穴其自由運動時間為 τ cp。 則空穴在一次自由運動時間內(nèi)所獲得的定向漂移運動速度為 : 則空穴的遷移率為 同樣，對電子來說，設(shè)其自由運動時間為 τ ，則有： ● 遷移率與有效質(zhì)量有關(guān)。 有效質(zhì)量小，在相同的平均漂移時間內(nèi)獲得的 漂移速度就大。 ● 遷移率與平均自由運動時間有關(guān)。 平均自由運動時間越長，則載流子獲得的加速時 間就越長，因而漂移速度越大。 平均自由運動時間與散射幾率有關(guān)。 散射機制（即碰撞機制） 對于載流子在半導(dǎo)體晶體材料中的定向運動來說，存在著兩種主要的散射機理： 晶格原子的振動散射 （聲子散射）
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