關(guān)于半導(dǎo)體材料ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-06 06:14本頁(yè)面
【正文】 電流與擴(kuò)散電流方向 相反 ，當(dāng)達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡 時(shí)，兩個(gè)電流相等，不表現(xiàn)出宏觀電流，從而造成了遷移率和擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)聯(lián)： 愛因斯坦關(guān)系 。 化合物半導(dǎo)體材料與器件 ? 緩變雜質(zhì)分布引起的內(nèi)建電場(chǎng) 熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體材料費(fèi)米能級(jí)保持為一個(gè)常數(shù)，因而非均勻摻雜半導(dǎo)體不同位置 ?E=EcEF不同。其能帶結(jié)構(gòu)如圖所示： 熱平衡狀態(tài)下的均勻摻雜半導(dǎo)體 E x Ec Ev EFi EF E x Ec Ev EFi EF 熱平衡狀態(tài)下的不均勻摻雜半導(dǎo)體 nx E化合物半導(dǎo)體材料與器件 多數(shù)載流子（電子）從濃度高的位置流向濃度低的位置，即電子沿著 x的方向流動(dòng)，同時(shí)留下帶正電荷的施主離子，施主離子和電子在空間位置上的分離將會(huì)誘生出一個(gè)指向 x方向的內(nèi)建電場(chǎng)，該電場(chǎng)的形成會(huì)阻止電子的進(jìn)一步擴(kuò)散。 達(dá)到平衡后，空間各處電子的濃度不完全等同于施主雜質(zhì)的摻雜濃度，但是這種差別并不是很大。（準(zhǔn)電中性條件） 化合物半導(dǎo)體材料與器件 對(duì)于一塊非均勻摻雜的 N型半導(dǎo)體材料，我們定義各處電勢(shì)（電子勢(shì)能除以電子電量 e）： eEE FiF ???dxdEedxdE Fix1??? ? 半導(dǎo)體各處的電場(chǎng)強(qiáng)度為： 假設(shè)電子濃度與施主雜質(zhì)濃度基本相等（準(zhǔn)電中性條件），則有： )(]ex p [0 xNKT EEnn dFiFi ???注意：電子勢(shì)能負(fù)值；電子電量負(fù)值；電勢(shì)正值； 化合物半導(dǎo)體材料與器件 熱平衡時(shí)費(fèi)米能級(jí) EF恒定，所以對(duì) x求導(dǎo)可得： dxxdNxNKTdxdE ddFi )()(??因此，電場(chǎng)為： dxxdNxNeKTE ddx)()(1)(?? 由上式看出，由于存在 非均勻摻雜 ，將使得半導(dǎo)體中產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng) 。一旦有了內(nèi)建電場(chǎng)，在非均勻摻雜的半導(dǎo)體材料中就會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生出內(nèi)建電勢(shì)差。 化合物半導(dǎo)體材料與器件 ?愛因斯坦關(guān)系 仍然以前面分析過的非均勻摻雜半導(dǎo)體材料為例，在 熱平衡狀態(tài)下，其內(nèi)部的電子電流和空穴電流密度均應(yīng)為零，即： 0n n x n dnJ e n E e D dx?? ? ?E x Ec Ev EFi EF 化合物半導(dǎo)體材料與器件 假設(shè)仍然近似的滿足電中性條件 則有： 將電場(chǎng)的表達(dá)式代入： 得到： 因而擴(kuò)散系數(shù)和遷移率有關(guān)系： dnN?? ? ? ? 0dn d n x n dN xJ e N x E e D dx?? ? ?dxxdNxNeKTE ddx)()(1)(??? ? ? ? ? ? ? ?1 0ddn d ndd N x d N xkTe N x e De N x d x d x? ??? ? ?????nTnD kT Ve? ??熱電壓，常溫下為 例 化合物半導(dǎo)體材料與器件 同樣，根據(jù)空穴電流密度為零也可以得到： 將上述兩式統(tǒng)一起來，即： 此式即為統(tǒng)一的愛因斯坦關(guān)系 化合物半導(dǎo)體材料與器件 下表所示為室溫條件下硅、砷化鎵以及鍺單晶材料中電子、空穴的遷移率和擴(kuò)散系數(shù)的典型值。 遷移率 ：反映載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)的難易程度 擴(kuò)散系數(shù) ：反映存在濃度梯度時(shí)載流子運(yùn)動(dòng)的難易程度 2n t h t h nD v l v ???*nnnem?? ?愛因斯坦關(guān)系中的系數(shù)和溫度有關(guān)，載流子的遷移率也是與溫度強(qiáng)烈相關(guān)的，所以載流子的擴(kuò)散系數(shù)同樣也是與溫度有著非常強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。 化合物半導(dǎo)體材料與器件 167。 霍爾效應(yīng) 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到 洛倫茲力 的作用，利用這一特點(diǎn)，我們可以區(qū)別出 N型半導(dǎo)體材料和 P型半導(dǎo)體材料，同時(shí)還可以測(cè)量出半導(dǎo)體材料中 多數(shù)載流子 的 濃度 及其 遷移率 。 如圖所示，在一塊半導(dǎo)體材料中通入電流 Ix，并將其置入磁場(chǎng) Bz中，這時(shí)就會(huì)在半導(dǎo)體材料 Y方向兩側(cè)產(chǎn)生電場(chǎng) Ey， 化合物半導(dǎo)體材料與器件 載流子（空穴）在橫向電場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用，最終與洛侖茲力相平衡： 霍爾電壓： 載粒子（空穴）的漂移速度： 故有： 測(cè)得霍爾電壓后，可計(jì)算出濃度： y x zq E q v B?H y x zV E W v W B??? ? ? ?xxxJIve p e p W d??xzHIBVep d?xzHIBpe dV?化合物半導(dǎo)體材料與器件 同樣，對(duì)于 N型半導(dǎo)體材料，其霍爾電壓為負(fù)值： xzHIBVe n d??xzHIBne d V?? 一旦確定了半導(dǎo)體材料的摻雜類型和多數(shù)載流子的濃度之后，我們還可以計(jì)算出多數(shù)載流子在低電場(chǎng)下的遷移率，對(duì)于 P型半導(dǎo)體材料，有： x p xx x xpxxxJ e p EJ I I LVe p E e p V W de p W dL???? ? ? ?化合物半導(dǎo)體材料與器件 同樣的，對(duì)于 n型材料中的電子： xnxILe n V W d? ? 在實(shí)際的霍爾測(cè)試中，需要注意： ?歐姆接觸的制作 ?襯底材料或外延材料的厚度影響 ?樣品尺寸的影響
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