半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)第一章(參考版)
2025-01-16 12:26本頁(yè)面
【正文】 ? 電導(dǎo)率，是遷移率的函數(shù)。意義。 ? ?ad NnNpkqdxd ?????022??85 本章小結(jié) ? 一、能帶理論 ? 能帶的形成、結(jié)構(gòu)：導(dǎo)帶、價(jià)帶、禁帶 ? 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 導(dǎo)電的前提：不滿帶的存在 ? 二、摻雜半導(dǎo)體 ? 兩種摻雜半導(dǎo)體的能級(jí)結(jié)構(gòu)。 ? 1155， 115 192 192 11512構(gòu)成半導(dǎo)體中的基本控制方程。當(dāng)這些運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生時(shí)，采用連續(xù)性方程來(lái)描述載流子的運(yùn)動(dòng)。 rn pR ?20000 irnprnRGG ????80 ? 對(duì)于本征半導(dǎo)體和 N型 P型半導(dǎo)體有 ? 上述公式的條件：小注入、雜質(zhì)飽和電離 ii rn21??dp rNrn110???an rNrp110???81 ? 結(jié)論：在摻雜半導(dǎo)體中，非平衡少子的壽命比在本征半導(dǎo)體中的短； 和多子濃度成反比，即與雜質(zhì)濃度成反比；樣品電導(dǎo)率越高，非平衡少子壽命越短。 79 ? 復(fù)合率（產(chǎn)生率）：?jiǎn)挝粫r(shí)間，單位體積半導(dǎo)體中復(fù)合掉（產(chǎn)生）的電子－空穴對(duì)數(shù)， ? 復(fù)合率可以表示為 ? 其中 r稱為概率系數(shù)或復(fù)合系數(shù)，只與溫度有關(guān)。 ? 間接復(fù)合 ：通過(guò)復(fù)合中心的復(fù)合。 00 ?? dxddxd pn ?? ，78 ? 帶間復(fù)合 ：失去能量的導(dǎo)電電子直接 “ 跳入 ”價(jià)帶的空穴，導(dǎo)致一對(duì)載流子消失，稱為帶間復(fù)合，也稱為 直接復(fù)合 。 ? 處于熱平衡的半導(dǎo)體，費(fèi)米能級(jí)恒定。包括了漂移和擴(kuò)散的綜合效應(yīng)。 ? 電子和空穴濃度之積為 : ? 由 1121看出，隨著注入的增加， 越靠近導(dǎo)帶底 ， ? 有 1122看出，隨著注入的增加 移向價(jià)帶頂 。 ?74 ? 在非熱平衡狀態(tài)，費(fèi)米能級(jí)不再有意義，電子和空穴的濃度需要用電子和空穴的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)表示，分別為 和 。 ? 壽命是半導(dǎo)體材料質(zhì)量的主要參數(shù)之一。 ? 是反映衰減快慢的時(shí)間常數(shù)，標(biāo)志著非平衡載流子在復(fù)合前平均存在的時(shí)間，通常稱為非平衡載流子的 壽命 。單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)非平衡載流子被復(fù)合掉的概率。撤銷外力作用時(shí)占主導(dǎo)。有外力作用時(shí)占主導(dǎo)。 70 ? 即使在平衡的半導(dǎo)體中，復(fù)合和產(chǎn)生同時(shí)存在，一定條件下達(dá)到平衡。 ? 載流子的 復(fù)合 ：當(dāng)外界作用撤出后，由于半導(dǎo)體的內(nèi)部作用，非平衡載流子將逐漸消失，稱為非平衡載流子的 復(fù)合 。 ? 產(chǎn)生的非平衡載流子濃度分別表示為 ? 并且 ? 非平衡多子或過(guò)量多子；非平衡少子或過(guò)量少子 2innp ?0nnn ??? 0ppp ???pn ???68 ? 小注入：如果所產(chǎn)生的過(guò)剩載流子濃度與熱平衡多數(shù)載流子濃度相比是很小的（ ）則多子濃度基本不變，而少子濃度等于注入的過(guò)剩載流子濃度，稱為小注入。 66 ? 過(guò)剩載流子（非平衡載流子）：半導(dǎo)體偏離平衡狀態(tài)后，由于產(chǎn)生了載流子在能帶之間的躍遷，載流子的濃度比平衡態(tài)明顯增多，多出的那部分載流子稱為非平衡載流子，也稱為過(guò)剩載流子。 ? 載流子運(yùn)輸現(xiàn)象中，外加電場(chǎng)的作用只是改變了載流子在一個(gè)能帶中的能級(jí)之間的分布，并沒(méi)有引起電子在能帶之間的躍遷。在非熱平衡狀態(tài)下也成立。 ? 空穴擴(kuò)散電流密度為 ? 電子擴(kuò)散電流密度為 dxdpdxdndxdpqDP?dxdnqDn60 、電流密度和電流方程 ? 載流子的運(yùn)動(dòng)是擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的總和。 ? 擴(kuò)散流密度為： ? 負(fù)號(hào)表示載流子向濃度低的地方流動(dòng) dxdnDfn??dxdpDfp??59 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流 ? Dp和 Dn稱為擴(kuò)散系數(shù)， 和 稱為濃度梯度。電導(dǎo)率為二者之和 nn nq ?? ?pp pq ?? ?pn nqnq ??? ??58 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散電流 ? 擴(kuò)散 ：載流子因濃度不均勻而發(fā)生的從濃度高的點(diǎn)向濃度低的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。 描述載流子在電池中做漂移運(yùn)動(dòng)的難易程度 nnn mq ??*? ppp mq ??*?56 漂移運(yùn)動(dòng) 遷移率和電導(dǎo)率 ? 對(duì)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。 t21??55 漂移運(yùn)動(dòng) 遷移率和電導(dǎo)率 ? 電子和空穴的 遷移率 分別寫(xiě)為： ? 因此遷移率與電子自由運(yùn)動(dòng)時(shí)間和有效質(zhì)量有關(guān)。 53 電荷輸運(yùn)現(xiàn)象 ? 在有外電場(chǎng)存在時(shí)，載流子將做漂移運(yùn)動(dòng)。 52 載流子的散射過(guò)程 ? 散射使載流子做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致熱平衡狀態(tài)的確立。 51 載流子的散射過(guò)程 ? 平均自由時(shí)間 ：兩次散射之間載流子存活（未被散射）的平均時(shí)間 ? 平均自由時(shí)間為散射幾率的倒數(shù)。 ? 漂移 ：由于電場(chǎng)作用，產(chǎn)生載流子沿電場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)，稱為漂移。 dNaN49 ? 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體：費(fèi)米能級(jí)位于禁帶之中，費(fèi)米分布函數(shù)可以用波爾
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