第三章载流子的输运.ppt

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第四章半导体的导电性第四章半导体的导电性4.1载流子的漂移运动载流子的漂移运动迁移率迁移率载流子的漂移运动：

载流子的漂移运动：

载流子在电场作用下的运动载流子在电场作用下的运动漂移电流漂移电流漂移电流密度漂移电流密度引引入入迁迁移移率率的的概概念念迁移率迁移率单位电场作用下载流子获得平均速度单位电场作用下载流子获得平均速度反映了载流子在电场作用下输运能力反映了载流子在电场作用下输运能力导电的电子是在导带中，他们是脱离了共价键可导电的电子是在导带中，他们是脱离了共价键可以在半导体中自由运动的电子；而导电的空穴是以在半导体中自由运动的电子；而导电的空穴是在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的在价键间运动时所产生的电流，所以在相同电场在价键间运动时所产生的电流，所以在相同电场作用下，电子和空穴的迁移率不同。

作用下，电子和空穴的迁移率不同。

欧姆定律欧姆定律电导率电导率电阻率电阻率n型半导体型半导体P型半导体型半导体本征半导体本征半导体电阻率与载流子浓度与迁移率有关，二电阻率与载流子浓度与迁移率有关，二者均与杂质浓度和温度有关。

者均与杂质浓度和温度有关。

4.2载流子的散射载流子散射的概念:

没有外场的作用，载流子作无规则的热运动。

载流子在半导体中运动时，不断地与热振动的晶格原子或电离的杂质离子发生碰撞，碰撞后载流子的运动速度的大小和方向发生了改变。

用波的概念，就是说电子波在半导体中传播时遭到了散射。

在连续两次散射间自由运动的平均路程叫做平均自由程，平均时间称为平均自由时间。

散射几率：

单位时间一个电子受到散射的次数。

当有外电场时，一方面载流子沿电场方向定向运动，另一方面，载流子仍不断地遭到散射，使载流子的运动方向不断地改变。

在外电场力和散射的双重作用下，载流子以一定的平均速度沿力的方向漂移，形成了电流，而且在恒定电场作用下，电流密度是恒定的。

格波与声子在固体物理中，把晶格振动看作格波，格波分为升学波（频率低）和光学波（频率高）。

频率为va的格波，它的能量只能是量子化的，把格波的能量子称为声子。

电子或空穴被晶格散射，就是电子和声子的碰撞，且在这个相互作用的过程中遵守能量守恒和准动量守恒定律。

影响迁移率的因素：

影响迁移率的因素：

有效质量有效质量平均自由时间（散射平均自由时间（散射体现在：

温度和体现在：

温度和掺杂浓度掺杂浓度半导体中载流子的散射机制：

半导体中载流子的散射机制：

晶格散射：

声学波散射晶格散射：

声学波散射光学波散射光学波散射电离杂质散射电离杂质散射电阻率与杂质浓度的关系电阻率与杂质浓度的关系室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系硅锗和砷化镓迁移率与温度的关系室温下，电阻率与杂质浓度的关系室温下，电阻率与杂质浓度的关系扩散电流扩散电流电子扩散电流：

电子扩散电流：

空穴扩散电流：

空穴扩散电流：

爱因斯坦关系爱因斯坦关系:

5.65.6载载流子的扩散运动流子的扩散运动过剩载流子的扩散和复合过剩载流子的扩散和复合过剩载流子的复合机制：

过剩载流子的复合机制：

直接复合、间接复合、直接复合、间接复合、表面复合、俄歇复合表面复合、俄歇复合过剩载流子的扩散过程过剩载流子的扩散过程扩散长度扩散长度扩散长度扩散长度LLnn和和和和LLpp:

L=（D:

L=（D）1/21/2描述半导体器件工作的基本方程描述半导体器件工作的基本方程泊松方程泊松方程高斯定律高斯定律描述半导体中静电势的变化规律描述半导体中静电势的变化规律静电势由本征费米静电势由本征费米能级能级Ei的变化决定的变化决定能带向下弯，能带向下弯，静电势增加静电势增加方程的形式方程的形式1电荷电荷密度密度（x）可动的可动的载流子（载流子（n,p）固定的固定的电离的施主、受主电离的施主、受主方程的形式方程的形式2电流连续方程电流连续方程可动载流可动载流子的守恒子的守恒热平衡时：

热平衡时：

产生率复合率产生率复合率np=ni2电子：

电子：

空穴空穴电流密度方程电流密度方程载流子的输运方程载流子的输运方程在漂移扩散模型中在漂移扩散模型中扩散项扩散项漂移项漂移项方程形式方程形式1爱因斯坦关系爱因斯坦关系波耳兹曼关系波耳兹曼关系方程形式方程形式2电子和空穴的准费米势电子和空穴的准费米势费米势作作业业1。

计算施主杂质浓度分别为1016cm-3，1018cm-3,1019cm-3的硅在室温下的费米能级，并假定杂质是全部电离。

再用算出的费米能级核对一下上述假定是否在每一种情况下都成立。

计算时，取施主能级在导带底下面0.05eV处。

2。

重点n半导体、半导体、N型半导体、型半导体、P型半导体、本征半导体、型半导体、本征半导体、非本征半导体非本征半导体n载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、子、n能带、导带、价带、禁带能带、导带、价带、禁带n费米能级、费米分布函数、玻尔兹曼分布函数费米能级、费米分布函数、玻尔兹曼分布函数n掺杂、施主、受主掺杂、施主、受主n输运、漂移、扩散、产生、复合输运、漂移、扩散、产生、复合