半导体的导电性能1

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1、2.1.4半导体材料导电特性一半导体中的载流子二本征半导体三非本征半导体四半导体中载流子的运动五半导体的电学性质1h价带导带Eg自由电子空穴半导体中电子和空穴总是成对出现的一半导体中的载流子2空穴下面能级上的电子可以跃迁到空穴上来,这相当于空穴向下跃迁。满带上带正电的空穴向下跃迁也是形成电流,这称为空穴导电。导带价带Eg在外电场作用下导带的自由电子在电场力的作用下会产生定向运动，形成电流，这称为电子导电。3半导体的导电导带的电子导电和价带的空穴导电共同作用的结果载流子：电荷的定向移动形成电流，电荷的自由粒子称为载流子。自由电子—带负电半导体中有两种导电的

2、载流子空穴—带正电4本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。（没有杂质和缺陷的半导体）。二.本征半导体5本征晶体中各原子之间靠得很近，如硅晶中，面心立方结构，每个原子分别与周围的四个原子形成四面体，原子之间的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。面心立方硅晶体的空间排列共价键结构平面示意图6共价键性质共价键上的两个电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道，没有自由电子，不导电。当温

3、度升高或受到光的照射时，有些电子获得足够的能量，从价带跃迁到导带，成为导带的自由电子，同时价带出现等数量的空穴，这种激发为本征激发，载流子主要来源于本征激发的半导体成为本征半导体。7一分为二载流子的产生复合合二为一温度一定时，动态平衡状态本征半导体平衡时半导体内部的载流子成为——平衡载流子自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。8本征半导体自由电子和空穴的数目是相等的单位体积的电子数——电子浓度n0单位体积的空穴数——空穴浓度p0n0=p0σ=n0qμn+n0qμp=n0q(

4、μn+μp)μn——电子迁移率μp——空穴迁移率9对于导带：温度T时，导带内会有多少电子导带中的电子数单位能量内的量子态数（状态密度）温度T时，能量为E的量子态被一个电子占据的几率EC：导带底，导带电子最低能量Ev：价带顶，价带电子最高能量Eg：禁带宽度Ef：费米能级，数值上等于处于热平衡状态时，系统增加一个电子所引起系统自由能的变化。费米能级处于禁带中价带导带ECEvEgEf10如果：EC-EF》k0T电子的波尔兹曼分布函数电子费米分布函数温度T时，能量为E的量子态被一个电子占据的几率空穴费米分布函数温度T时，能量为E的量子态不被一个电子占据的几率，（被

5、空占据的几率）空穴的波尔兹曼分布函数11实际半导体中：价带导带ECEvEF导带底附近：E-EF》k0T——电子服从波尔兹曼分布(1)导带中，所有量子态被电子占据的几率f(E)《1(2)随着E增加，fB(E)下降，所以导带中的电子分布在导带底附近价带顶附近：EF-E》k0T——空穴服从波尔兹曼分布(1)价带中，所有量子态被空穴占据的几率1-f(E)《1(2)随着E增加，1-f(E)增加，所以价带中的空穴分布在价带顶附近12=NcNc：导带的有效状态密度，可以理解为把导带中的所有状态都集中在导带底，它的状态密度认为是Nc。导带中的电子数：导带中的电子浓度：13

6、空穴大多分布在价带顶附近价带中的空穴浓度：Nv：价带的有效状态密度，可以理解为把价带中的所有状态都集中在价带电脑顶，它的状态密度认为是Nv。14本征半导体：n0=p0价带导带ECEvEF一定的半导体材料，一定的温度下，n0p0一定，适用于本征半导体、杂质半导体。15本征半导体电子空穴成对出现，电子、空穴浓度相等，它们的浓度称本征载流子浓度nini=n0=p0结论：ni与Eg关系密切，Eg越大，ni越小ni与T关系密切，T越高，ni越大1/Tni16在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂

7、质的本征半导体称为杂质半导体。(1)N型半导体(2)P型半导体三.非本征半导体17（1）四价的本征半导体Si、Ｇｅ等，掺入少量五价的杂质元素（如P、As等），出现若束缚电子。（2）量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠导带处,极容易被激发到导带中，形成电子导电。这种激发后能给导带提供电子的杂质称施主杂质。该能级称为施主能级，EDSiSiSiSiSiSiSiPn型半导体18（3）掺施主的半导体的导带电子数主要有施主数决定，半导体导电的载流子主要是电子。导带价带施主能级EDEgECEV19N型半导体特征：(1)从价带跃迁到导带的电子数相对于从施主

8、能级激发到导带的电子数项小得多，可忽略。电子——多数载流子空穴——