熱平衡態(tài)下半導(dǎo)體載流子的統(tǒng)計(jì)分布-閱讀頁(yè)
2025-05-15 02:04本頁(yè)面
【正文】 VFeNp???二、影響 no 和 po 的因素 1. mn 和 mp 的影響 — 材料的影響 2. 溫度的影響 ● NC、 NV ～ T ● f(EC) 、 f(EV) ～ T 2/32/3TNTNVC??2/32*22 ?????????hk T mN pV?2/32*22 ?????????hk T mNc n?Nc、 Nv ～ T T↑， NC、 NV↑ no、 po↑ kTEEkTEEVFFCee????占據(jù) EC、 EV的幾率與 T有關(guān) T，幾率 3. EF 位置的影響 ● EF→EC， ECEF↓， no↑ — EF越高 ， 電子的填充水平越高 ， 對(duì)應(yīng) ND較高； ● EF→EV， EFEV↓， po↑ — EF越低，電子的填充水平越低，對(duì)應(yīng) NA較高。 ? ? kTEpngemmhkT ????????2/3**3224?kTEVckTEEkTEEcVcogvFFeNNeeNNpn???????0? ? kTEpngemmT??2/3**3濃度積 nopo 及影響因素 167。 本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)和 載流子濃度 一、本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí) 電中性條件 CVVCFi NNkTEEEE ln22????本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)用 Ei 表示，將 NC、NV代入： **ln432npmmkTEEEE VCFi ????對(duì)于 Si、 Ge、 GaAs材料，： 室溫時(shí)， kT = 而 Si、 Ge、 GaAs的禁帶寬度約為 1eV Ei 基本上在禁帶中線處 2ln **?npmm2VCFiEEEE ???對(duì) InSb， Eg = eV， Ei遠(yuǎn)離中線 一般溫度下，Si、 Ge、 GaAs等本征半導(dǎo)體的 EF近似在禁帶中央 Ei，只有溫度較高時(shí)， EF才會(huì)偏離 Ei。 三、本征半導(dǎo)體在應(yīng)用上的限制 ● 純度達(dá)不到 本征激發(fā) 是載流子的主要來(lái)源 （雜質(zhì)原子 /總原子 ＜＜ 本征載流子 /總原子） Si：原子密度 1023/cm3，室溫時(shí)， ni =1010/cm3 本征載流子 /總原子 =1010/1023=1013＞雜質(zhì)原子 /總原子 要求 Si的純度必須高于 %！ ● 本征載流子濃度隨溫度變化很大 在室溫附近： Si: T ↑， 8K ni ↑ 一倍 Ge: T ↑， 12K ni ↑ 一倍 ● 本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率不能控制 111)(???kTEEDDFDegEf111)(???kTEEAA AFegEf電子占據(jù) ED 的幾率 : 空穴占據(jù) EA 的幾率 : 167。 EF →雜質(zhì)的電離 →導(dǎo)帶電子或價(jià)帶空穴 內(nèi)在聯(lián)系 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級(jí) 帶電粒子有： 電子、空穴、電離的施主和電離的受主 電中性條件： no + pA－ = po + nD+ kTEEDDkTEEVkTEEAAkTEEC FDVFAFFcegNeNegNeN?????????????11對(duì) n 型半導(dǎo)體 no = nD+ + p0 kTEEDkTEEVkTEEC FDVFFceNeNeN ?????????21對(duì) gD取 2，有 而本征激發(fā)更小，所以空穴濃度 po? 0 可忽略。 但： 0FdEdT?FE??232ln ?CDNN02232ln2/3???dTdEeNNNNFCDCD當(dāng) T↑↑，達(dá)到 Tmax時(shí)： EF 達(dá)到最大值： m a xm a x 432kTEEE CDF ???當(dāng) T ＞ Tmax 后， 0FdEdT?FE??232ln ?CDNN當(dāng) T=T1 時(shí)： 當(dāng) ND↑時(shí)， EF ～ T的變化規(guī)律不變， 但 Tmax↑， EFmax ↑ DDDDDFNnNnEE3132????中間電離區(qū) T E EC ED EF NC = ND 低溫弱電離區(qū) EF 與 T 的關(guān)系 ?? ??DAo npnDDAA NnNp ?? ?? ,ADo NNn ??2. 飽和電離區(qū) — 雜質(zhì)全部電離，本征激發(fā)仍很小 同時(shí)含有 ND和 NA，且 ND＞ NA 電中性條件為： kTEEcciieNn???kTEEioiFenn??i i FF E c E E EE c Ek T k To c N e N e + ==i F iE c E E Ek T k TcN e e=∵ (EF)本征 ≈Ei, ∴ kTEEiADiFenNN???iADiF nNNkTEE ??? ln又 ∵ ni ＜＜ ND－ NA, 0ln ??iADnNN ∴ EF＞ Ei T↑， ni↑， EF↓ Do Nn ?iDiF nNkTEE ln??NDni ND↑， EF↑ NA=0 ∴ EF＞ Ei T↑， ni↑， EF↓ 飽和區(qū) ：載流子濃度 n0 保持 等于雜質(zhì)濃度的這一溫度范 圍叫 ?。 一般： T： 300K左右，且摻雜濃度＞＞ ni 屬于飽和電離區(qū) 注意： N型： no=ND— NA 或 no=ND P型： po=NA— ND 或 po=NA 三、工作溫區(qū)（強(qiáng)電離區(qū)）的確定 1. 已知工作溫度 (Tmin— Tmax)確定摻雜范圍 (ND)min— (ND)max 由 Tmax確定 (ND)min ● 根據(jù) Tmax，由 lnni ~1/T曲線查出 Tmax對(duì)應(yīng)的 ni； ● 根據(jù) ni的公式計(jì)算出 Tmax所對(duì)應(yīng)的 ni； )(10)( m a xm i n TnN iD ?要達(dá)到全電離，要求 ED＞＞ EF kTEEDDFDeNn??? 2由 Tmin確定 (ND)max 121)(????kTEEDDDDFDeNEfNncDkTEEDD NNeNnDC ?? 2 在強(qiáng)電離區(qū)： CDCCoCFNNkTENnkTEElnln???????? DNNeNncDkTEEDDDC2一般： D－ = ，達(dá)到全電離。 工作溫區(qū) =強(qiáng)電離區(qū) Tmin=300K， Tmax=500K kTECDDeNDN????2DCkTEcDkTEENNeNNeDDC20????2. 已知雜質(zhì)范圍確定工作溫區(qū) (ND)min→Tmax (ND)max→Tmin 167。1 4 2 0 2 4 6 8 0 四、簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級(jí) 雜質(zhì)能帶 ： 在簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中，雜質(zhì)濃度高，導(dǎo)致雜質(zhì) 原子之間電子波函數(shù)發(fā)生交疊，使孤立的雜質(zhì) 能級(jí)擴(kuò)展為雜質(zhì)能帶 。 禁帶變窄效應(yīng) ： 重?fù)诫s時(shí)，雜質(zhì)能帶進(jìn)入導(dǎo)帶或價(jià)帶，形 成新的簡(jiǎn)并能帶，簡(jiǎn)并能帶的尾部深入到禁帶 中，稱為帶尾，從而導(dǎo)致禁帶寬度變窄 。g 價(jià)帶 )(Eg )(Eg簡(jiǎn)并 ： △ ED→0， Eg→Eg＇ 禁帶變窄 ● 施主能級(jí)分裂成能帶； ● 導(dǎo)帶 = 本征導(dǎo)帶 + 雜質(zhì)能帶 ● 在 EC 附近， gC(E) 明顯增加
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