半導(dǎo)體器件與工藝ppt課件(已改無(wú)錯(cuò)字)
2023-06-06 12:44:03 本頁(yè)面
【正文】 , PKU 34 非平衡載流子 由于受外界因素如光、電的作用，半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為非平衡 (過剩 )載流子 2innp ?公式 不成立 外界因素撤除后，過剩載流子復(fù)合 Ru Huang, ime, PKU 35 費(fèi)米能級(jí) ? 費(fèi)米能級(jí)：反映電子填充能帶到什么水平：電子統(tǒng)計(jì)規(guī)律的一個(gè)基本概念 ? 從重?fù)诫s P型到重?fù)诫s N型半導(dǎo)體，填進(jìn)能帶的電子逐漸增多，費(fèi)米能級(jí)逐漸增高 ? 費(fèi)米能級(jí)畫到能帶圖中，反映電子填充能帶情況，不代表電子的量子態(tài) ? 費(fèi)米能級(jí)以下基本 填滿電子 ? 費(fèi)米能級(jí)在禁帶中央：本征 ? 費(fèi)米能級(jí)在禁帶上半部： N型 ? 費(fèi)米能級(jí)在禁帶下半部： P型 Ef反映了電子的占據(jù)情況，是系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì) Ru Huang, ime, PKU 36 載流子的統(tǒng)計(jì)分布函數(shù) 費(fèi)米－狄拉克分布 量 子 的 統(tǒng) 計(jì) 分 布 ? ? ? ?kTEE feEf ???11? ? ? ? kTEE feEf ???玻爾茲曼分布 經(jīng) 典 粒 子 的 統(tǒng) 計(jì) 分 布 EEf大于幾個(gè) kT時(shí) 簡(jiǎn)化形式 熱平衡時(shí)電子占據(jù)能級(jí) E的幾率 n n eiE EkTFn i?? p n eiE EkTi Fp??Ru Huang, ime, PKU 37 載流子的輸運(yùn) ? 載流子輸運(yùn)形成電流 ? 漂移運(yùn)動(dòng) ? 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) ? …. 非平衡情況下 Ru Huang, ime, PKU 38 載流子的輸運(yùn) 漂移電流 EqnqnvJdD ei f t ???遷移率 ? 電阻率 ? 單位電場(chǎng)作用下載流子獲得平均速度 反映了載流子在電場(chǎng)作用下輸運(yùn)能力 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)： 載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng) 引 入 遷 移 率 的 概 念 遷移率： 電子和空穴不同 摻雜濃度影響 溫度影響 .…. Ru Huang, ime, PKU 39 ? 載流子在運(yùn)動(dòng)過程中，與晶格、雜質(zhì)、缺陷發(fā)生碰撞，無(wú)規(guī)則地改變運(yùn)動(dòng)方向，發(fā)生散射；經(jīng)歷一次散射載流子喪失了原有定向運(yùn)動(dòng)速度 ? 載流子的平均漂移速度等于載流子在兩次散射之間電場(chǎng)力加速獲得的平均速度 ?? mq??a Eqm? ?12 012??????? ?? ?Eqm tEqm t??? mEqv 平均自由運(yùn)動(dòng)時(shí)間（平均弛豫時(shí)間） 影響遷移率的因素： 有效質(zhì)量 平均弛豫時(shí)間 Ru Huang, ime, PKU 40 半導(dǎo)體中載流子的行為可以等效為自由粒子，但與真空中的自由粒子不同，考慮了晶格作用后的等效粒子。載流子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是外力和晶體勢(shì)場(chǎng)共同作用的結(jié)果 有效質(zhì)量與半導(dǎo)體材料有關(guān) 電子和空穴的 有效質(zhì)量 m* ? 電子的有效質(zhì)量比空穴小 ? 部分 IIIV族化合物半導(dǎo)體中電子的有效質(zhì)量更小 Ru Huang, ime, PKU 41 平均弛豫時(shí)間 溫度和摻雜濃度對(duì)遷移率的影響 半導(dǎo)體中載流子的散射機(jī)制： ? 晶格散射（ 熱運(yùn)動(dòng)引起） ? 電離雜質(zhì)散射（帶電中心對(duì)載流子的吸引、排斥） ? 溫度升高，晶格散射增大，低摻雜濃度下遷移率下降 ? 摻雜濃度增大，電離雜質(zhì)散射增強(qiáng) Ru Huang, ime, PKU 42 擴(kuò)散電流 電子擴(kuò)散電流： dxdnqDJnd i f fn ?,空穴擴(kuò)散電流： dxdpqDJpd i f fp ??,愛因斯坦關(guān)系 : ?qkTD ?載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 載流子在化學(xué)勢(shì)作用下運(yùn)動(dòng) 由載流子非均勻分布引起 擴(kuò)散系數(shù)，描述載流子的擴(kuò)散能力 Ru Huang, ime, P
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