半导体物理与器件5.ppt

第五章 载流子输运现象Carrier Transport Phenomena 输运是指半导体中电子和空穴的净流动，这种流动将产生电流。 漂移运动(Drift)是指由电场引起的载流子运动 扩散运动(Diffusion)是指由浓度梯度引起的载流子运动 半导体的温度梯度也能引起载流子运动，但由于半导体器件尺寸越来越小，这一效应可以忽略。 5.1载流子的漂移运动 5.1.1漂移电流密度 净加速度—净位移 漂移运动—漂移电流 5.1.1漂移电流密度 ?dp=?pE 在弱电场情况下，平均漂移速度与电场强度成正比，?p为比例系数，称空穴迁移率mobility，单位是cm2/V-s Jp?drf=(ep) ?dp =(e?p) pE 空穴漂移电流密度 电子漂移电流密度 Jn?drf=(-en) ?dn ?dn=-?nE Jn?drf=(-en) (-?nE) = (e?n) nE Jdrf=e(?nn+ ?pp) E 5.1.2迁移率mobility 平均碰撞时间τcp 5.1.2迁移率 散射方式：晶格散射Lattice Scattering（声子Phonon散射）、电离杂质散射Ionized Impurity Scattering、谷间散射、中性原子散射、位错散射等 晶格散射 电离杂质散射 硅 5.1.3电导率（Conductivity） S/cm 对本征半导体 对P型半导体 对n型半导体 5.1.4 饱和速度Velocity Saturation T=300K时，随机热运动的平均能量 ?dn=-?nE 5.2 载流子扩散 5.2.1 扩散电流密度 5.2.1 扩散电流密度 5.2.2 总电流密度 一维情况 推广到三维情况 5.3 杂质梯度分布Graded Impurity Distribution 5.3.1 感生电场Induced Electric Field 准电中性 5.3.2 爱因斯坦关系 非均匀掺杂半导体中，在没有外加电场下，电子电流和空穴电流分别等于零 准电中性 爱因斯坦关系 5.4 霍尔效应Hall Effect 5.4 霍尔效应Hall Effect 磁场力与感生电场力相等时，达到稳定状态 霍尔系数 对于空穴 可测量空穴浓度 5.4 霍尔效应 对于电子 可测量电子浓度 可测量电子迁移率 可测量空穴迁移率 作业 P131 5.9 P133 5.24