【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(fù)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(duì)本征半導(dǎo)體而言，導(dǎo)帶上的電子全部來(lái)源于價(jià)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(jià)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(fèi)米能級(jí)：絕對(duì)零度下，費(fèi)米能級(jí)位于禁帶中央，隨溫度升高，費(fèi)米能級(jí)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(lái)源： 本征激發(fā) +雜質(zhì)電離 ；v 對(duì)于 n型半導(dǎo)體，對(duì)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(xiàn)。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(jià)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(fèi)米能級(jí) 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(fèi)米能級(jí)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(shí)，略去式中最后一項(xiàng)，可得：q 當(dāng) T=0K時(shí)， Fermi能級(jí)位于導(dǎo)帶底和施主能級(jí)的中央，溫度升高時(shí)，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(duì)于 P型半導(dǎo)體，價(jià)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(xiàn)。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(jià)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(shí)，除了熱平衡載流子以外，還將受到光照、電場(chǎng)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(guò)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(shí)，價(jià)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(jià)帶空穴濃度為：(4) 非平衡載流子n0和 p0分別為熱平衡時(shí)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(guò)程！需要一定時(shí)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(yùn)動(dòng)及電導(dǎo)率在外電場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體中的載流子要受到電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)及電導(dǎo)率216。 對(duì) n型：主要以電子電導(dǎo)率為主；216。 對(duì) p型：主要以空穴電導(dǎo)率為主；216。 對(duì)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(fù)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(jià)帶中的空穴，在相同的電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)強(qiáng)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(gè)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(yuǎn)大于另一種載流子濃度，則分別稱為多數(shù)載流子 (簡(jiǎn)稱多子)和少數(shù)載流子 (簡(jiǎn)稱少子 )。主要是多子參與導(dǎo)電，上式可以簡(jiǎn)化為遷移率是與電子、空穴所受的散射作用有關(guān)的一個(gè)量，散射越強(qiáng)，載流于平均自由運(yùn)動(dòng)時(shí)間 ?就越短，遷移率就越??；相反，遷移率就越大。只有在晶體的原子排列的周期場(chǎng)受到破壞時(shí)，運(yùn)動(dòng)的電子才會(huì)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(dòng)引起的載流子散射叫晶格散射。原子間振動(dòng)按照波疊加原理可以分解為若干不同的基本波動(dòng)，其中縱波才會(huì)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(shì)場(chǎng)作用引起散射。對(duì)于橫波在單一極值能帶中不起散射作用，但對(duì)多極值的復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)，橫波也會(huì)產(chǎn)生散射。當(dāng)溫度升高時(shí)，品格熱振動(dòng)加強(qiáng)，散射也隨之加強(qiáng)。晶格振動(dòng) 對(duì)載流子的散射機(jī)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(fù)電中心，可以改變載流子原有運(yùn)動(dòng)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(guò)程中的軌跡是以電離雜質(zhì)為 — 個(gè)焦點(diǎn)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(jī)會(huì)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(shí)，載流子運(yùn)動(dòng)加快，電離雜質(zhì)散射作用越弱。淺能級(jí)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(duì)載流子的散射機(jī)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(jī)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(shí)，當(dāng)光的能量達(dá)到禁帶寬度的能量值，價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶，材料內(nèi)產(chǎn)生電子 空穴對(duì)，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(shí)，當(dāng)光的能量達(dá)到一定值后，禁帶中雜質(zhì)能級(jí)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(jià)帶電子躍遷到受主能級(jí)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(duì)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(cè)、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(gè)量；單位電場(chǎng)下載流子漂移的速度稱為載流子的