【正文】 ECVCVFFCeNNpneNpeNn0000000?????????重點(diǎn)： 單位體積的電子數(shù) n0和空穴數(shù) p0 VdEEgEfpVdEEgEfnVBEEcBEEVVCC)()](1[)()(1100?????TkEEBFeEf 0)(??? （ 1） EC1是導(dǎo)帶頂?shù)哪芰? （ 2） EV1是價(jià)帶底的能量 前面已經(jīng)得到： 21323*)()2(4)( CnC EEhmVdEdZEg ??? ? 波爾茲曼分布函數(shù) 導(dǎo)帶底狀態(tài)密度： 導(dǎo)帶底有效狀態(tài)密度 3230*3230*)2(2)2(2hTkmNhTkmNpVnC????TkEEVTkEECVFFCeNpeNn0000??????2/3TN C ? 價(jià)帶頂有效狀態(tài)密度 （ 3） （ 4） 則， 可以見到： 和 且， 2/3TN V ?TkEVCTkEEVCgVCeNNeNNpn 0000 ????? （ 5） 167。 對(duì)同種材料， ni隨溫度 T按指數(shù)關(guān)系上升。 167。 TkEEDTkEEVTkEEC FDVFFCeNeNeN00021?????????（ 8） N型 Si中電子濃度與溫度 T的關(guān)系 過渡區(qū) 本征激發(fā)區(qū) 雜質(zhì)離化區(qū) 雜質(zhì)離化區(qū) 過渡區(qū) 本征激發(fā)區(qū) ? 低溫弱電離區(qū) ? 中間電離區(qū) ? 強(qiáng)電離區(qū) （ 1）雜質(zhì)離化區(qū) 特征： 本征激發(fā)可以忽略，導(dǎo)帶電子主要由電離雜質(zhì) 提供。 TkEECFCeNn 00???020 nnp i?? 強(qiáng)電離區(qū) 雜質(zhì)基本全部電離，電離雜質(zhì)濃度近似等于摻雜濃度。 （ 16） DiiDnnnnpNn20200???（ 17） （ 18） 由 強(qiáng)電離與弱電離的區(qū)分 有離化比率 = 分類 （ 1）弱電離 （ 2）強(qiáng)電離 TkEEDD FDeNn021?????DDNn?%901?????DDDDNnNn 雜質(zhì)電離能 雜質(zhì)濃度 在室溫時(shí)，淺能級(jí)雜質(zhì)濃度 NC 時(shí)，雜質(zhì)全電離。 （ 3）高溫本征激發(fā)區(qū) 特征： 雜質(zhì)全電離 nD+ = ND； 本征激發(fā)的載流子濃度劇增 n0 ND。 一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布 重點(diǎn)討論半導(dǎo)體中同時(shí)含有施主和受主雜質(zhì)時(shí)，載流子濃度及費(fèi)米能級(jí) EF。 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度： 簡(jiǎn)并化條件 ： （ 1） EC EF 2k0T 非簡(jiǎn)并 （ 2） 0 EC – EF 2k0T 弱簡(jiǎn)并 （ 3） EC – EF ≤0 簡(jiǎn) 并 雜質(zhì)帶導(dǎo)電與能帶邊緣的延伸： 簡(jiǎn)并情況下，雜質(zhì)濃度很高，它們之間相互作用使雜質(zhì)能級(jí)分裂形成能帶，其中電子可行成共有化運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)電現(xiàn)象。 關(guān)于簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的幾點(diǎn)討論 電子共有化運(yùn)動(dòng) 原子組成晶體后，由于原子殼層的交疊，電子不再局限在某一個(gè)原子上，可以由一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去，因而，電子將可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。將允許電子存在的能量區(qū)間稱為允帶，禁止電子出現(xiàn)的能量區(qū)間稱為禁帶，統(tǒng)稱為能帶。換言之，即電子與外電場(chǎng)間發(fā)生能量交換。金屬中，由于組成金屬的原子中的價(jià)電子占據(jù)的能帶是部分占滿的，所以金屬是良好的導(dǎo)電體。所以在半導(dǎo)體中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴參與導(dǎo)電，這是與金屬導(dǎo)體的最大差別。 絕緣體 半導(dǎo)體 導(dǎo)體 價(jià)帶 價(jià)帶 價(jià)帶 導(dǎo)帶 導(dǎo)帶 半滿帶 禁帶 禁帶 禁帶 當(dāng)電子在外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，它一方面受到外電場(chǎng)力 f的作用，同時(shí)還和半導(dǎo)體內(nèi)部原子、電子相互作用著，電子的加速度應(yīng)該是半導(dǎo)體內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)和外電場(chǎng)作用的綜合效果。 電子有效質(zhì)量 mn*及其物理意義 （ 2）在能帶圖中，空穴的能量坐標(biāo)與電子的相反，分布服從能量最低原理和泡利不相容原理。 ?? ?? np mm qqq np ???本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu) 對(duì)本征半導(dǎo)體，導(dǎo)帶中出現(xiàn)多少電子，價(jià)帶中就對(duì)應(yīng)出現(xiàn)多少空穴，導(dǎo)帶上電子參與導(dǎo)電，價(jià)帶上空穴也參與導(dǎo)電，這就是本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。 直接帶隙半導(dǎo)體 指導(dǎo)帶極小值與價(jià)帶極大值對(duì)應(yīng)不同波矢的半導(dǎo)體。 四是深能級(jí)雜質(zhì)電離后成為帶電中心，對(duì)載流子起散射作用，使載流子遷移率減少，導(dǎo)電性能下降。 )e xp()(0 TkEEEf FBn???)e xp()(0 TkEAEfBn ??)e xp()(0 TkEEEf FBp??? 在半導(dǎo)體中，最常遇到的情況是費(fèi)米能級(jí)位于禁帶內(nèi)，而且與導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂?shù)木嚯x遠(yuǎn)大于 k0T，所以，對(duì)導(dǎo)帶中的所有量子態(tài)來說，被電子占據(jù)的幾率，一般都滿足 fn(E)1，故半導(dǎo)體電子中的電子分布可以用電子的波耳茲曼分布函數(shù)描寫。因而 fBn(E)和 fBp(E)是討論半導(dǎo)體問題時(shí)常用的兩個(gè)公式。 TF NFE )(?????EF的意義： EF的位置比較直觀地反映了電子占據(jù)電子態(tài)的情況。上兩式中的指數(shù)部分是具有玻耳茲曼分布函數(shù)形式的幾率函數(shù)，前者是電子占據(jù)能量為 Ec的量子態(tài)幾率，后者是空穴占據(jù)能量為 Ev的量子態(tài)的幾率。因此，它不僅適用于本征半導(dǎo)體材料，而且也適用于非簡(jiǎn)并的雜質(zhì)半導(dǎo)體材料。 1如何理解本征費(fèi)米能級(jí) Ei 本征半導(dǎo)體中導(dǎo)帶電子濃度等于價(jià)帶空穴濃度，根據(jù)載流子的分布函數(shù)及費(fèi)米能級(jí)的意義可知：本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)應(yīng)該位于導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂之間的中間位置，即禁帶中央處。如果費(fèi)米能級(jí)偏離禁帶中很小，可以認(rèn)為費(fèi)米能級(jí)基本上位于禁帶中央；如果 mn*和mp*相差很大，本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)就會(huì)偏離禁帶中央很遠(yuǎn)。但是隨著溫度的升高，本征載流子濃度迅速地增加。因此，每一種半導(dǎo)體材料制成的器件都有一定的極限工作溫度，超過這一溫度后，器件就失效了。如果也以本征載流子濃度不超過的話，對(duì)應(yīng)溫度為 526K，所以硅器件的極限工作溫度是 520K左右。所以不能用費(fèi)米分布函數(shù)表示電子占據(jù)雜質(zhì)能