熱平衡態(tài)下半導(dǎo)體載流子的統(tǒng)計(jì)分布-文庫(kù)吧資料
2025-05-06 02:04本頁(yè)面
【正文】 0)≈ 0 . 7 8 ( 1 2 )DEkTDCN N e???ND ~ NC 至少處于同一數(shù)量級(jí)； P 型簡(jiǎn)并半導(dǎo)體， NA ~NV ND≥ 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體為重?fù)诫s半導(dǎo)體 重?fù)诫s ： 當(dāng)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度超過一定數(shù)量時(shí)， 載流子開始簡(jiǎn)并化的現(xiàn)象叫 ?。 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 一、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的載流子濃度 1. EF 位于導(dǎo)帶中 ?????? ???kTEEFNFNn CFcco 2/12/12)(2???? ? EEkEhmen CdnEkTEECFd212320)(2411????????? ????其中： 32/3)2(2hkTmN dnC?????????02/12/11)( dxexFkTEExCF??? 費(fèi)米積分 ??? ??oxJJ dxexF1)( ??（ J為整數(shù)和半整數(shù)） ξ 4 3 2 1 1/2 0 1/2 F1/2(ξ) 1 2 3 4 2. EF 位于價(jià)帶中 )(2 2/1kTEEFNp FVVo???二、簡(jiǎn)并化條件 非簡(jiǎn)并： kTEEccoFeNn??? ?eNeN CkTEEcCF???簡(jiǎn)并： )(2 2/1 ??FNn co ?0 2DEC kTDDNNe????室溫時(shí)： NC= 1019/cm3，△ ED= (ND)max=3 1017/cm3 (ND)min=10ni(500K) 查表得： T=500K時(shí)， ni=5 1014/cm3 (ND)min=5 1015/cm3 例：計(jì)算工作溫度在室溫到 500K 的摻 P 的 Si 半導(dǎo)體的施主濃度范圍。 ?? ??? DoAo nppn2iooADooDDAAnpnNNpnNnNp????????3. 過渡區(qū) （ 半導(dǎo)體處于飽和區(qū)和完全本征激發(fā)之間 ） 同時(shí)含有 ND、 NA，且 ND＞ NA 電中性條件： ? ?? ?2422/122iADADonNNNNn ?????? ?? ?2422/122iADADonNNNNp ??????ioiF nnkTEE ln??? ?? ?iiADADi nnNNNNkTE24ln2/122??????NA=0 ? ?2422/122iDDonNNn ???? ?2422/122iDDonNNp????1 / 2224ln2D D iFiiN N nE E k Tn????????當(dāng) ND＞＞ ni時(shí) : 22ioDDioDnnNNnpN???靠近飽和區(qū)一邊 當(dāng) ND＜＜ ni時(shí) : iDiDonNpnNn?????220靠近本征區(qū)一邊 4. 本征激發(fā)區(qū) （高溫） 1 / 2 2()gEkTo o i C Vn p n N N e= = =FiEE?n0 ?? ND, p0 ?? NA n型 Si中電子濃度 n 與溫度 T的關(guān)系： 雜質(zhì)離化區(qū) 過渡區(qū) 本征激發(fā)區(qū) ????????????????本征激發(fā)區(qū)過渡區(qū)強(qiáng)電離區(qū)中間電離區(qū)低溫弱電離區(qū)雜質(zhì)離化區(qū)ni ND 0 ni T n n 型硅中電子濃度與溫度關(guān)系 n 200 400 600 P型半導(dǎo)體的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí) 1. 低溫弱電離區(qū) kTEVAoAeNNp 22/1)2(???VAAVF NNkTEEE2ln22??? 4. 本征激發(fā)區(qū) T↑， EF↑ 3. 過渡區(qū) VAVF NNkTEE ln??po=NA， no=ni2/NA 2. 飽和電離區(qū) 計(jì)算摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度時(shí)，需首先考慮屬于何種溫區(qū)。 電中性條件 可簡(jiǎn)化為： no = nD+ 1. 低溫弱電離區(qū) 溫度很低，大部分施主雜質(zhì)能級(jí)仍被電子占據(jù)，只有少量施主雜質(zhì)發(fā)生電離 施主部分電離， EF 在 ED 附近， EF＞＞ EA，受主全電離， pA－ = NA ∵ nD+=ND－ nD ∴ no= nD+ － pA－ ＝ ND－ nD－ NA kTEEDkTEEC FDFceNeN ??????21kTEEoADoAkTEEoADoAkTEEoADDFDFDFDenNNnNenNNnNenNNN???????????????21)(21211將 nD 代入，并移項(xiàng)后，得： kTEEccoFeNn???kTECCDeNN????212/122)(4)(21)(210)(?????? ???????????????????? ???ADCACACoADCoACoNNNNNNNnNNNnNNn令 兩邊同乘： kTEEccoFeNn????CoCFFCCoNnkTEEkTEENnlnlnln?????no＜＜ NC， kT ln（ no/NC）＜ 0 ? EF＜ EC 費(fèi)米能級(jí) 2/3222???????hk T mNc dn?1 / 21 / 2 2()()2Do D CEDC kTn N NNNe?????kTE DeT 24/3C????NA=0 ● no， EF ∵ 溫度很低， 很小 CDDCCoCFNNkTEENnkTEE2ln22ln?????● n0 ～ T 的關(guān)系 kTE DeTn 24/30 C????對(duì) no 的表達(dá)式取對(duì)數(shù)： lnno≈ 常數(shù) －△ ED/(2kT) 1/T lnn0T3/4 △ ED/(2k) CDDCF NNkTEEE2ln22????????????????????????232ln21)23(2ln22ln22ln2CDCDCDCDFNNkTTNNkdTNNdkTNNkdTdE● EF ～ T 的關(guān)系 02ln2 ?CDNNkTT→0K時(shí)， NC→0， 但： 2CDFEEE ??FdEdT? ? ?費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶底 和施主能級(jí)的中線處 說明 EF 上升很快 T↑， NC↑， dEF/dT↓，說明 EF 隨 T 的升高而增大的速度變小了。 非簡(jiǎn)并雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度 一、雜質(zhì)能級(jí)上的電子和空穴濃度 11)(????kTEEDDDDDFDegNEfNn1???????kTEEDDDDDFDegNnNn若施主濃度和受主濃度分別為 ND、 NA， 則施主能級(jí)上的電子濃度 nD 為： — 未電離的施主濃度
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