【文章內(nèi)容簡介】 散射二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)本征半導(dǎo)體 —— 電阻率隨溫度上升而下降，負溫度系數(shù)特性；(2)電阻率與溫度的關(guān)系雜質(zhì)半導(dǎo)體 —— 不同溫度段具有不同的溫度系數(shù)特性。半導(dǎo)體中的載流子分布(2)本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布對本征半導(dǎo)體而言，導(dǎo)帶上的電子全部來源于價帶上電子向?qū)У谋菊骷ぐl(fā)，因而，導(dǎo)帶上的電子濃度與價帶上的空穴濃度必然相等。故：本征半導(dǎo)體的熱平衡載流子濃度：相應(yīng)可以得到費米能級：絕對零度下，費米能級位于禁帶中央，隨溫度升高，費米能級逐漸增加。半導(dǎo)體中的載流子分布 — 雜質(zhì)情況v 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度來源： 本征激發(fā) +雜質(zhì)電離 ；v 對于 n型半導(dǎo)體，對導(dǎo)帶上的電子載流子濃度是由 本征激發(fā)和施主電離 兩者的貢獻。由電中性方程：v 把 n、 p代入電中性方程得：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布n為導(dǎo)帶電子濃度， N＋ d為電離施主濃度， p價帶上空穴濃度Nd為電離施主濃度從這里，即可求出各種給定溫度下的費米能級 EF。從而求出導(dǎo)帶上的電子載流子濃度。半導(dǎo)體中的載流子分布該方程沒有解析解，只能給出數(shù)值解。關(guān)于 Si的費米能級與溫度和雜質(zhì)的關(guān)系：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布q 當(dāng)溫度很低時，略去式中最后一項，可得：q 當(dāng) T=0K時， Fermi能級位于導(dǎo)帶底和施主能級的中央，溫度升高時，逐漸升高 。(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布半導(dǎo)體中的載流子分布v 對于 P型半導(dǎo)體，價帶上的空穴載流子濃度是由 本征躍遷和受主電離 兩者的貢獻。v 由電中性方程可寫為：(3)雜質(zhì)半導(dǎo)體的熱平衡載流子分布P為價帶上空穴載流子濃度Nd為電離受主濃度n為導(dǎo)帶中電子載流子濃度半導(dǎo)體中的載流子分布非平衡載流子的概念 —— 當(dāng)半導(dǎo)體受到外界作用時，除了熱平衡載流子以外，還將受到光照、電場等的作用，這些外界條件也將激發(fā)載流子，稱為非平衡載流子。Pn結(jié)的工作就是與非平衡載流子的注入和抽取有關(guān)。例：光輻照半導(dǎo)體產(chǎn)生的非平衡載流子與復(fù)合過程：(4) 非平衡載流子半導(dǎo)體中的載流子分布? 當(dāng)用光子能量大于禁帶寬度的光輻照半導(dǎo)體時，價帶電子就可以躍遷到導(dǎo)帶，形成非平衡載流子。? 相應(yīng)的導(dǎo)帶電子和價帶空穴濃度為：(4) 非平衡載流子n0和 p0分別為熱平衡時電子和空穴的濃度結(jié)論：? 非平衡載流子使得導(dǎo)電載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加！? 由光激發(fā)所增加的部分電導(dǎo)率稱為 光電導(dǎo) ！? 光敏元件的原理！當(dāng)光停止照射后，出現(xiàn)復(fù)合過程！需要一定時間 — 非平衡載流子的壽命！二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)載流子的漂移運動及電導(dǎo)率在外電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子要受到電場力的作用，從而獲得一定的漂移速率，在半導(dǎo)體中形成電流。? 電子和空穴漂移方向相反；? 電子和空穴漂移速率一般不同：電子大于空穴；? 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為電子和空穴電導(dǎo)率之和。二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)如果載流子的電荷為 e，濃度為 ρ，則電流密度為：載流子的漂移運動及電導(dǎo)率216。 對 n型：主要以電子電導(dǎo)率為主；216。 對 p型：主要以空穴電導(dǎo)率為主；216。 對本征半導(dǎo)體， n=p=ni, 則：二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)(1) 載流子的濃度電導(dǎo)率的主要影響因素167。 載流子的濃度受溫度影響 ——熱激發(fā) ：167。 本征半導(dǎo)體：載流子的濃度因本征激發(fā)而增加；167。 雜質(zhì)半導(dǎo)體：由雜質(zhì)濃度和溫度共同決定；雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征半導(dǎo)體 — 電阻率隨溫度上升而下降，負溫度系數(shù)特性；雜質(zhì)半導(dǎo)體 — 不同溫度段具有不同的溫度系數(shù)特性。二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì) 導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴，在相同的電場作用下，產(chǎn)生漂移運動，但兩者所獲平均漂移速度不同，即電子遷移率 ?e大于空穴遷移率 ?p ，而總導(dǎo)電作用為兩者之和，即總電流密度：其中， Jn、 Jp分別為電子和空穴的電流密度； q為電子電荷量； E為電場強度。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率為：(2)載流子的散射二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì) 宏觀量 ?敢決于兩個因素：載流子濃度和遷移率。在摻雜情況下，如果一種載流于濃度遠大于另一種載流子濃度，則分別稱為多數(shù)載流子 (簡稱多子)和少數(shù)載流子 (簡稱少子 )。主要是多子參與導(dǎo)電，上式可以簡化為遷移率是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個量，散射越強，載流于平均自由運動時間 ?就越短，遷移率就越?。幌喾?，遷移率就越大。只有在晶體的原子排列的周期場受到破壞時，運動的電子才會受到散射。(2)載流子的散射二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)散射主要有兩種： 晶格散射和電離雜質(zhì)散射 晶格散射： 由于原子晶格振動引起的載流子散射叫晶格散射。原子間振動按照波疊加原理可以分解為若干不同的基本波動，其中縱波才會引起原子的位移，引起體積的壓縮和膨脹，從而引起能帶的起伏，使載流子受到它的勢場作用引起散射。對于橫波在單一極值能帶中不起散射作用，但對多極值的復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)，橫波也會產(chǎn)生散射。當(dāng)溫度升高時，品格熱振動加強，散射也隨之加強。晶格振動 對載流子的散射機制 — 聲子散射(2)載流子的散射二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)被電離的雜質(zhì)作為正電中心或負電中心，可以改變載流子原有運動速度的方向和大小，被稱為電離雜質(zhì)散射。載流子在散射過程中的軌跡是以電離雜質(zhì)為 — 個焦點的雙曲線。 晶體中摻入雜質(zhì)越多，載流子與電離雜質(zhì)相遇而被散射的機會也越多，即隨摻雜濃度增加，散射也增加。而且當(dāng)溫度升高時，載流子運動加快，電離雜質(zhì)散射作用越弱。淺能級的施主或受主雜質(zhì)在室溫幾乎可以全部電離。(2)載流子的散射 電離雜質(zhì)散射：電離雜質(zhì) 對載流子的散射機制 — 類 Rutherford 散射 .二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì) 光電導(dǎo)效應(yīng) 在光的照射下，使半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 按其發(fā)生機制可以分為本征光電導(dǎo)和雜質(zhì)光電導(dǎo)。本征光電導(dǎo)效應(yīng)指光照射半導(dǎo)體時，當(dāng)光的能量達到禁帶寬度的能量值，價帶的電子躍遷到導(dǎo)帶，材料內(nèi)產(chǎn)生電子 空穴對，這兩種光生載流子都參與導(dǎo)電，使電導(dǎo)率增加。雜質(zhì)光電導(dǎo)效應(yīng)指光照射半導(dǎo)體時，當(dāng)光的能量達到一定值后，禁帶中雜質(zhì)能級上的電子接收光子能量后，躍遷到導(dǎo)帶而參與導(dǎo)電 (或是價帶電子躍遷到受主能級上產(chǎn)生空穴參與導(dǎo)電 )，使電導(dǎo)率增加。二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì) 光電導(dǎo)效應(yīng)光照射在半導(dǎo)體中產(chǎn)生非平衡載流了，使半導(dǎo)體中載流子數(shù)目增加 ?n (?p)，引起附加的光電導(dǎo)，亦稱光電導(dǎo)。對本征光電導(dǎo)附加光電導(dǎo)率為：其中 ?n 、 ?p分別為光生電子、空穴數(shù)； ?n、 ?p分別為電子、空穴遷移率。雜質(zhì)光電導(dǎo)率為： 正是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)持性，制成光敏電阻，光的探測、度量和其它光電元件。二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)載流子的遷移率 遷移率 ?是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個量；單位電場下載流子漂移的速度稱為載流子的