《半导体的导电性》PPT课件

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1、第四章半导体的导电性Electricalconductionofsemiconductors重点：迁移率(Mobility)散射(Scatteringmechanisms)——影响迁移率的本质因素弱电场下电导率的统计理论前几章介绍和讨论了半导体的一些基本概念和载流子的统计分布本章主要讨论载流子在外加电场作用下的漂移运动7/15/20211§4.1载流子的漂移运动迁移率ThedriftmotionofCarrier,Mobility漂移运动扩散运动迁移率重点7/15/202121.欧姆定律金属导体中的电流强度:是导体的电阻。

2、是导体的电阻率，其倒数就是电导率：电流密度是指通过垂直于电流方向的单位面积的电流：对均匀导体：7/15/20213均匀导体，两端加电压后，导体内部各处建立起电场，电场强度大小得到：上式把导体中某一点的电流密度和该处的电导率及电场强度直接联系起来，称为欧姆定律的微分形式。7/15/202142.漂移速度和迁移率有外加电压时,导体内部的自由电子受到电场力的作用,沿电场反方向作定向运动形成电流.漂移运动:电子在电场力作用下的定向运动漂移速度:定向运动的速度.:电子的平均漂移速度电流密度为电子浓度是电子电量电场强度增大时,电流密度增大,

3、因此平均漂移速度也增大,可写为:称为电子的迁移率.表示单位场强下电子的平均迁移速度.7/15/20215一般应和电场强度反向,但习惯上迁移率只取正值又因为:得:这就是电导率与迁移率间的关系.7/15/202163、半导体的电导率和迁移率漂移运动半导体中的载流子加上外电场E后作定向运动，即漂移运动。7/15/20217假设讨论的是n型半导体，电子浓度为n0，在外电场下通过半导体的电流密度7/15/20218表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。它是表示半导体电迁移能力的重要参数。迁移率7/15/20219同理，对p型半导体7/1

4、5/202110对一般半导体7/15/202111对本征半导体7/15/202112§4.2载流子的散射TheScatteringofCarriersKEY散射使迁移率减小散射机构即各种散射因素7/15/2021131、载流子散射（1）载流子的热运动在一定温度下,半导体内的大量载流子,即使没有电场作用,也是运动着的,这种运动是无规则、杂乱无章的，称为热运动。宏观上没有沿着一定方向流动，所以并不构成电流。载流子在半导体中运动时，不断与晶格原子或杂质离子碰撞，速度大小和方向发生变化。或者说电子遭到散射。无规则热运动是不断遭到散射的结

5、果。7/15/202114自由程：相邻两次散射之间自由运动的路程。平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程。7/15/202115（2）、载流子的漂移运动(严格周期势场中)载流子在电场作用下不断加速，漂移速度应该不断增大，电流密度也应无限增大。理想情况（无散射）载流子在电场作用下，沿电场方向（空穴）或反方向（电子）定向运动，这就是漂移运动。7/15/202116在外电场作用下，实际上，载流子的运动是：单位时间内一个载流子被散射的次数电流I散射几率P热运动+漂移运动：即在外力和散射的双重影响下，使得载流子以一定的平均速度（平均

6、漂移速度）沿力的方向漂移，形成了电流。在恒定电场作用下，电流密度恒定。7/15/2021172、半导体的主要散射机构电离杂质散射晶格振动散射等同能谷间的散射中性杂质散射位错散射载流子与载流子间的散射7/15/202118如果除了周期性势场,又存在一个附加势场,在该附加势场作用下,能带中的电子可能会发生能态跃迁。例如，原来处于k状态的电子，附加势场使它有一定几率跃迁到各种其它的状态k’。也就是说，原来沿某一个方向以v(k)运动的电子，附加势场使它散射到其它各个方向，改以速度v(k’)运动。也就是说，电子在运动过程中遭到了散射。半导

7、体中载流子在运动过程中遭到散射的根本原因:周期性势场的被破坏.7/15/202119存在破坏周期性势场的作用因素：*杂质*缺陷*晶格热振动7/15/2021201）电离杂质散射（即库仑散射）电离施主电子空穴电离受主电子空穴电离施主和受主周围形成一个库仑势场,局部地破坏了杂质附近的周期势场。当载流子运动到电离杂质附近时，由于库仑势场的作用，就使载流子运动的方向发生改变。7/15/202121散射概率P：代表单位时间内一个载流子受到散射的次数。Pi∝NiT-3/2（Ni为杂质浓度总和）Ni越大，载流子遭受散射的机会越多，温度T越高，

8、载流子热运动的平均速度越大，可以较快地掠过杂质离子，偏转就小，所以不易被散射。7/15/2021222）晶格振动散射在一定温度下，晶格中原子都各自在其平衡位置附近作微振动。格波：晶格中原子的震动是由若干不同的基本波动按照波的叠加原理组合而成，这些基本波动称为格波