半導體物理第五章ppt課件(參考版)
2025-05-09 12:47本頁面
【正文】 霍爾電壓為正，則為 P型半導體； 霍爾電壓為負，則為 N型半導體； 同樣，對 N型半導體材料，可得出： 一旦確定了半導體材料的摻雜類型和多數(shù)載流子的濃度之后，我們還可以計算出多數(shù)載流子在低電場下的遷移率，對于 P型半導體材料，有： 對于 N型半導體材料，同樣有： 本章小結： – 半導體中的兩種基本輸運機制： 漂移運動 漂移電流 擴散運動 擴散電流 參數(shù)：遷移率、擴散系數(shù) – 半導體中載流子的散射 晶格振動散射 電離雜質散射 使得載流子的遷移率與溫度以及電離雜質有關系； – 弱場下遷移率恒定，漂移速度與電場強度成正比；強場下遷移率下降，最終漂移速度飽和（ 107cm/s）。 利用霍爾效應，可以判斷半導體材料的 導電類型 ，同時還可以計算半導體材料中多數(shù)載流子的濃度及其遷移率。 167。 2. 愛因斯坦關系 仍然以前面分析過的非均勻摻雜半導體材料為例，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為零，即： 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)一的愛因斯坦關系。 E n 對于一塊非均勻摻雜的 N型半導體材料，定義各處電勢： eEE FiF ???dxdEedxdE Fix1??? ?半導體各處的電場強度為： 假設電子濃度與施主雜質濃度基本相等（準電中性條件），則有： )(]ex p [0 xNKTEEnn dFiFi ???熱平衡時費米能級 EF恒定，所以對 x求導： dxxdNxNKTdxdE ddFi )()(??因此，解得電場為： dxxdNxNeKTE ddx)()(1)(??由上式看出，由于存在非均勻摻雜，將使得半導體中產(chǎn)生 內(nèi)建電場。 摻雜濃度隨著 x的增加而增大。 這一節(jié)中將討論非均勻摻雜的半導體是如何達到熱平衡狀態(tài)的，同時還要進一步分析推導愛因斯坦關系。 167。 這兩個參數(shù)相互之間并不獨立，而是存在一定的依賴關系。 在半導體中，電子和空穴的擴散系數(shù)分別與其遷移率有關 推廣為一般的三維情形，半導體材料中總的電流密度可表示為： 下表所示為室溫條件下硅、砷化鎵以及鍺單晶材料中電子、空穴的遷移率和擴散系數(shù)的典型值。 – 因此在一維情況下， 總電流密度為四者之和： n x p x n pd n d pJ e n E e p E e D e Dd x d x??? ? ? ?漂移電流： 相同的電場下，電子電流與空穴電流的方向相同。 單位時間通過 x=0處截面沿著 x軸方向的凈電子流密度可表示為： 將電子濃度按照泰勒級數(shù)在 x=0處展開 ? ?)()(21n nthn lnlnvF ???因此單位時間由于電子的擴散運動而通過 x=0處截面沿著 x軸方向的電子電流密度為： 其中 Dn為電子的 擴散系數(shù) ，其單位為 cm2/s。 擴散形成的擴散電子流密度用 Fn表示。 光照 擴散電流密度 首先假設電子濃度是一維變化，其中電子的濃度梯度如圖所示，半導體中各處溫度均勻，因此電子的平均熱運動速度也與位置無關。因此擴散流的大小與載流子的不均勻性相關，而與數(shù)量無直接關系。 擴散是通過載流子的熱運動實現(xiàn)的。 167。 負微分遷移率效應的出現(xiàn)可以從砷化鎵單晶材料 的 E~k關系曲線來解釋： 低電場 下，砷化鎵單晶材料導帶中的電子能量比較低，主要集中在 E~k關系圖中態(tài)密度有效質量比較小的下能谷， mn*=，因此具有比較大的遷移率。 從上圖曲線可以看出： 在 低電場條件 下，漂移速度與外加電場成線性變化關系，曲線的斜率就是低電場下電子的遷移率，為8500cm2/V?s，這個數(shù)值要比硅單晶材料高出很多； 隨著外加電場的不斷增強，電子的漂移速度逐漸達到一個 峰值點 ，然后又開始下降，此時就會出現(xiàn)一段 負微分遷移率 的區(qū)間，此效應又將導致負微分電阻特性 的出現(xiàn)。 以硅單晶材料中的電子為例，當外加電場增加到30kV/cm時，其漂移速度將達到飽和值，即
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