半導(dǎo)體物理第五章ppt課件-文庫吧資料
2025-05-12 12:47本頁面
【正文】 達到107cm/s； 當(dāng)載流子的漂移速度出現(xiàn)飽和時，漂移電流密度也將出現(xiàn)飽和特性，即漂移電流密度不再隨著外加電場的進一步升高而增大。 vlt ?Td vvv ??? 弱場： 31 0 /E V c m?平均漂移速度 ： dT vv ??scmv T /10 7?Tvlt ?Tnn vmelme?? ????EEv d ?? ?? 較強電場： ? 強電場： 351 0 1 0 /E V c m??Td VVlt??dE V t ??? ? ? ? ?， ， ， ，∴ 平均漂移速度 vd 隨電場增加而緩慢增大 51 0 /E V c m?EVltVVdTd12???1,11()dECEEv E C? ? ???? ? ?? ? ???又常 數(shù)速度飽和 鍺、硅及砷化鎵單晶材料電子和空穴的漂移運動速度隨著外加電場強度的變化。 此時，載流子的平均自由運動時間將由 熱運動速度 和定向漂移運動速度 共同決定，因此載流子的平均自由運動時間將隨著外加電場的增強而不斷下降，由此導(dǎo)致載流子的遷移率隨著外加電場的不斷增大而出現(xiàn)逐漸下降的趨勢，最終使得載流子的漂移運動速度出現(xiàn)飽和現(xiàn)象 ，即載流子的漂移運動速度不再隨著外加電場的增加而繼續(xù)增大。 因此，在低電場的情況下，載流子的平均自由運動時間由載流子的熱運動速度決定，不隨電場的改變而發(fā)生變化，因此低電場下載流子的遷移率可以看成是一個常數(shù)。 但在強場下，載流子從電場獲得的能量較多，從而其速度（動量）有較大的改變，這時，會造成平均自由時間減小，散射增強，最終導(dǎo)致遷移率下降，速度飽和。 載流子的漂移速度飽和效應(yīng) 前邊關(guān)于遷移率的討論一直建立在一個基礎(chǔ)之上：弱場條件 。 2） 高溫區(qū) （本征激發(fā)區(qū)），本征載流子的濃度隨著溫度的上升而迅速增加，因此電導(dǎo)率也隨著溫度的上升而迅速增加。 電導(dǎo)率同溫度的關(guān)系： 施主濃度 ND為 1E15cm3 ， N型半導(dǎo)體材料中的電子濃度及其電導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系曲線 。 – 對于非本征半導(dǎo)體來說，材料的電阻率（電導(dǎo)率）主要和多數(shù)載流子濃度以及遷移率有關(guān)。 小結(jié) : – 電阻率（電導(dǎo)率）同時受載流子濃度（雜質(zhì)濃度）和遷移率的影響，因而電阻率和雜質(zhì)濃度不是線性關(guān)系。 利用 可得到 假設(shè)有一塊摻雜濃度為 NA的 P型半導(dǎo)體材料（ ND＝ 0），且 NAni，假設(shè)電子和空穴的遷移率基本上是在一個數(shù)量級上，則半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率為： 假設(shè)雜質(zhì)完全離化，則有： 結(jié)論： 非本征半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率（或電阻率）主要由多數(shù)載流子的濃度及其遷移率決定。 鍺、砷化鎵以及磷化鎵單晶材料在 300K條件下，電阻率隨摻雜濃度的變化關(guān)系曲線。 σ ：半導(dǎo)體晶體材料的電導(dǎo)率，單位 (Ω?cm)1。 利用遷移率公式： 上式中： μ I：只有離化雜質(zhì)散射存在時的載流子遷移率； μ L：只有晶格振動散射存在時的載流子遷移率； μ ：總的載流子遷移率。 3）存在兩種散射機制時載流子的遷移率 假設(shè) τ L是由于晶格振動散射所導(dǎo)致的載流子自由運動時間，則載流子在 dt時間內(nèi)發(fā)生晶格振動散射的幾率為 dt /τ L； 假設(shè) τ I是由于離化雜質(zhì)散射所導(dǎo)致的載流子自由運動時間，則載流子在 dt時間內(nèi)發(fā)生離化雜質(zhì)散射的幾率為 dt / τ I； 如果兩種散射機制相互獨立，則在 dt時間內(nèi)載流子發(fā)生散射的總幾率為： 其中 τ 是載流子發(fā)生連續(xù)兩次任意散射過程之間的自由運動時間。 室溫（ 300K）條件下砷化鎵單晶材料中電子和空穴的遷移率隨總的摻雜濃度的變化關(guān)系曲線。 室溫（ 300K）條件下，鍺單晶材料中電子和空穴的遷移率隨總的摻雜濃度的變化關(guān)系曲線。 室溫條件（ 300K）下，硅單晶材料中電子和空穴的遷移率隨總的摻雜濃度的變化關(guān)系曲線。 結(jié)論： 離化雜質(zhì)散射所決定的載流子遷移率： 隨溫度的升高而增大； 隨離化雜質(zhì)濃度的增加而減小；
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