半导体物理第四章01.ppt

第三章例题 式 (3-90) 只适用于ND-NA ni,的情况。如果ND-NA与ni 数值相近，或者说温度升高使两种杂质浓度之差与该温度时的 ni相近时，则本征激发不可忽略。这时电中性条件为导带电子和电离受主的负电荷应等于价带空穴与电离施主的正电荷，即 将上式与 联立求解，可以得到热平衡时n型半导体的电子浓度为 （5）高温本征激发区 继续升高温度，使得本征激发产生的载流子数目多于杂质电离产生的载流子数目，即n0ND，p0ND。此时电中性条件为n0=p0。这种情况与未掺杂的本征半导体一样，因此称为杂质半导体进入本征激发区。此时，费米能级等于本征费米能级（可以由n0~ni或p0~ni），接近禁带中线。而载流子浓度随温度的升高而迅速增加。 前几章介绍了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布，还没有涉及到载流子的运动规律。本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律。 为了了解迁移率的本质，着重讨论一个重要概念——载流子的散射概念。由于严格的理论分析过于繁琐，本章主要限于定性地讨论载流子散射的物理本质，给出必要的结论。此外，对弱电场情况下电导率和统计理论和强电场情况下的效应也进行一定的讨论。 以金属导体为例，在导体两端加以电压 V，导体内就形成电流，电流强度为 R为导体的电阻。这就是熟知的欧姆定律。 电阻 R与导体长度l成正比，与载面积 s成反比 电阻率的倒数为电导率 ，即 式 (4-1)所示的欧姆定律不能说明导体内部各处电流的分布情况。特别是在半导体中，常遇到电流分布不均匀的情况，即流过不同截面的电流强度不一定相同，所以常用电流密度这一概念。 电流密度是指通过垂直于电流方向的单位面积的电流，即 指通过垂直于电流方向的面积元 的电流强度 对一段长为 l截面积为s，电阻率为 的均匀导体，若在其两端加电压 V，则导体内部各处都建立起电场 ，如图4-1所示，电场强度大小 对一均匀导体来说， 可以得到 设在导体内任做一截面 A，电流强度是一秒钟内通过截面 A的电量。在 A面右方，距A面为 处做一O面，则 OA截面间的电子，在一秒钟内均能通过A面。设 n为电子浓度，则 OA间电子数为 ，乘以电子电量即为电流强度，所以 由式(4-6)得到 由式 (4-7)和式 (4-9)可以看到，当导体内部电场恒定时，电子应具有一个恒定不变的平均漂移速度。电场强度增大时，电流密度也相应地增大，因而，平均漂移速度也随着电场强度的增大而增大，反之亦然。所以，平均漂移速度的大小与电场强度成正比，可以写为 ?称为电子的迁移率，表示单位电场下电子的平均漂移速度，单位是m2/V.s 因为电子带负电，所以 一般应和电场 E反向，但习惯上迁移率只取正值，即 三.半导体的电导率和迁移率 实验发现，在电场强度不太大的情况下，半导体中的载流子在电场作用下的运动仍遵守欧姆定律，即式(4-7)仍适用。但是，半导体中存在着两种载流子，即带正电的空穴和带负电的电子，而且载流子浓度又随着温度和掺杂的不同而不同，所以，它的导电机构要比导体复杂些。 如图4-2所示，一块均匀半导体，两端加以电压，在半导体内部就形成电场，方向如图所示。因为电子带负电，空穴带正电，所以两者漂移运动的方向不同，电子反电场方向漂移，空穴沿电场方向漂移。但是，形成的电流都是沿着电场方向，如图 4-2所示，因而，半导体中的导电作用应该是电子导电和空穴导电的总和。 导电的电子是在导带中，它们是脱离了共价键可以在半导体中自由运动的电子;而导电的空穴是在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的电子在价键间运动时所产生的电流。 显然，在相同电场作用下，两者平均漂移速度不会相同，而且，导带电子平均漂移速度要大些，就是说，电子迁移率与空穴迁移率不相等，前者要大些。 如以 分别代表电子和空穴迁移率; 分别代表电子和空穴电流密度;n, p分别代表电子和空穴浓度，则总电流密度J应为 在电场强度不太大时，J与 间仍遵守欧姆定律式(4-7)，两式相比较，得到半导体的电导率 为 式(4-15)表示半导体材料的电导率与载流子浓度和迁移率间的关系。 对于两种载流子的浓度相差很悬殊而迁移率差别不太大的杂质半导体来说，主要取决于多数载流子。对于n型半导体，np，空穴对电流的贡献可以忽略，电导率为 对于p型半导体，pn，电子对电流的贡献可以忽略，电导率为 对于本征半导体， n=p=ni, 电导率为 半导体内