半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章(編輯修改稿)
2025-02-09 12:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 729更常用。 e x p ( 1 7 1 )Fii EEnnKT?????????e x p ( 1 7 2 )iFi EEpn KT?????????40 ? N型半導(dǎo)體 ? 載流子的來源包含兩個過程：本征激發(fā)和雜質(zhì)電離 ? 在低溫條件下：雜質(zhì)電離為主 ? 在高溫條件下：本征激發(fā)為主 ? 雜質(zhì)飽和電離：雜質(zhì)基本上全部電離，而本征激發(fā)可以忽略。 41 ? 在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)帶電子濃度等于施主濃度 ? 價帶空穴的濃度為 ? 載流子濃度關(guān)系：電子濃度與施主濃度近似，遠大于本征載流子濃度，空穴濃度遠小于本征載流子濃度。 dNn ?diiNnnnp22??42 ? N型半導(dǎo)體：導(dǎo)帶電子為多子，價帶空穴為少子。兩種載流子的濃度相差非常懸殊 ? N型半導(dǎo)體在飽和電離下的費米能級 ? 結(jié)論： N型半導(dǎo)體費米能級位于導(dǎo)帶底之下，本征費米能級之上，且施主濃度越高，越靠近導(dǎo)帶底；溫度升高，費米能級遠離導(dǎo)帶底。 dCCF NNKTEE ln??ln dFiiNE E KTn??或43 ? P型半導(dǎo)體 ? 在雜質(zhì)飽和電離的溫度范圍內(nèi)有： ? 導(dǎo)帶電子濃度為： ? 費米能級為 aNp ?aiiNnpnn 22 ??aVVF NNKTEE ln??iaiF nNKTEE ln??44 ? 結(jié)論：對于 P型半導(dǎo)體，在雜質(zhì)飽和電離溫度范圍之內(nèi)，費米能級位于價帶頂之上，本征費米能級之下。隨著摻雜濃度提高，費米能級接近價帶頂；隨著溫度升高，費米能級遠離價帶頂。 ? 溫度對費米能級的影響：隨著溫度的升高，載流子的分布越來越接近于本征激發(fā)的情況，使得費米能級越來越接近本征費米能級。 45 ? 前提條件：雜質(zhì)全部電離。 ? 在 ? 的半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶電子濃度為： ? 價帶空穴濃度為： dN aNad NNn ??adiiNNnnnp???2246 ? 費米能級為 adCCF NNNKTEE??? lniadiF nNNKTEE ??? ln47 ? 在 ? 的半導(dǎo)體中，價帶空穴濃度為： ? 導(dǎo)帶電子濃度為 ? 費米能級為 dNaNda NNp ??daiiNNnpnn???22daVVF NNNKTEE??? ln idaiF nNNKTEE ??? ln48 ? 若 ＝ ，則全部補償，能帶中的載流子只能由本征激發(fā)產(chǎn)生，稱為 完全補償半導(dǎo)體 。 ? 若溫度遠高于飽和電離溫度后，本征激發(fā)為主，則滿足 n=p，稱為 雜質(zhì)半導(dǎo)體進入本征激發(fā) 。此時所有本征情況下的公式都適用。 dNaN49 ? 非簡并半導(dǎo)體：費米能級位于禁帶之中，費米分布函數(shù)可以用波爾茲曼分布函數(shù)來近似 ? 簡并半導(dǎo)體：費米能級接近或進入能帶，不能使用波爾茲曼分布函數(shù)，而必須使用費米分布函數(shù)來分析能帶中載流子的統(tǒng)計分布問題 50 ? 散射 ：載流子在其熱運動過程中，不斷與晶格、雜質(zhì)、缺陷等發(fā)生碰撞，無規(guī)則的改變其運動方向。這種碰撞現(xiàn)象通常稱為散射。 ? 漂移 ：由于電場作用，產(chǎn)生載流子沿電場方向的運動，稱為漂移。漂移是規(guī)則的，是引起電荷運動的原因。 51 載流子的散射過程 ? 平均自由時間 ：兩次散射之間載流子存活（未被散射）的平均時間 ? 平均自由時間為散射幾率的倒數(shù)。載流子遷移率的大小與平均自由時間有關(guān)，即載流子在運動過程中遭受散射的情況起著很大的作用。 52 載流子的散射過程 ? 散射使載流子做無規(guī)則的運動，導(dǎo)致熱平衡狀態(tài)的確立。 ? 由于各個方向運動的載流子都存在，它們對電流的貢獻彼此抵消，因此在半導(dǎo)體中并沒有電流的流動。 53 電荷輸運現(xiàn)象 ? 在有外電場存在時，載流子將做漂移運動。 ? 如果存在濃度梯度，還將做擴散運動 ? 漂移和擴散運動將引起電荷的輸運 54 漂移運動 遷移率和電導(dǎo)率 ? 載流子的運動規(guī)律：散射（無規(guī)則運動） —— 沿電場方向加速 —— 散射 ? 平均弛豫時間 ： 為平均自由運動時間。 t21??55 漂移運動 遷移率和電導(dǎo)率 ? 電子和空穴的 遷移率 分別寫為： ? 因此遷移率與電子自由運動時間和有效質(zhì)量有關(guān)。 ? 遷移率的物理意義 ：在單位電場強度的電場作用下，載流子所獲得的漂移速度的絕對值。 描述載流子在電池中做漂移運動的難易程度 nnn mq ??*? ppp mq ??*?56 漂移運動 遷移率和電導(dǎo)率 ? 對于硅，溫度升高，遷移率下降 ? 給定溫度：遷移率隨雜質(zhì)濃度增加而下降。 ? 弛豫時間：反映了散射對載流子的作用 ? 散射概率：為弛豫時間的倒數(shù) ? 對摻雜樣品：電子遷移率隨溫度上升而增加 57 漂移運動 遷移率和電導(dǎo)率 ? 電導(dǎo)率：衡量載流子的導(dǎo)電性
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