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1、2．载流子的运输现象在这一节中，我们将会去分析各种各样的载流子运输现象。这种现象发生在电场和浓度梯度影响下半导体中的载流子运动。我们先讨论剩余载流子注入的概念。剩余载流子在非平衡条件下会增加，这就是说，载流子的浓度的乘积p*n不等于平衡时ni*ni的值。回到平衡条件下，载流子的产生和复合过程将会在后面的章节中讨论到。我们在半导体的装置运算中取得一个基本的控制方程，它包括电流密度方程和连续方程。这一节我们对高场效应作了一个简单的讨论，高场效应会导致速度饱和和碰撞电离。这一节讨论到这就结束了。P18P16考虑一个在热平衡条件下
2、的为均匀施主浓度n-类型的半导体样品，如在第1.1节中所讨论的,在半导体导带中的传导电子，由于他们没有与特别的晶格或施主位置有关，所以基本上是自由的电子。晶格的影响是合并在一起的，电子的有效质量和电子的惯性质量有点不同。在热平衡下，那平均传导电子的平均热能可以从平均分配定理获得，每一个自由能为1/2kT，k是波尔兹曼常数，t是居里温度。电子在一半导体有三个自由度；他们能在三度空间的空间内活动。因此,电子动能可以由方程（1-13）得到。Mn是电子的有效质量和Vth是平均热运动速度。在室温(300K)那热的速度是对于硅和砷化镓
3、来说大约为107cm/s。P17在半导体的电子因此在各个方向快速地移动。作热的运动单一电子可以形象的当做是原子晶格或杂质原子或其他散射中心碰撞产生的连续随即散射。就像1-7所阐述的。电子的随即运动在一个足够长的电子周期内会产生一个净位移。碰撞的平均距离为平均自由程，碰撞的平均时间为平均自由时间。平均自由程的典型的值为**，平均自由时间为1ps.当一个小的电场E外加在半导体样品,每电子会经历从那领域的一个力-qE，而且在此碰撞期间，会被沿着场的方向加速。因此,一另外的速度成份将会是重叠在那电子的热的运动之上。这个另外的分量叫
4、作漂流速度。由于随意热的运动产生电子的组合转移和漂流物分量如Flgurel_7(b)所示.注意到，与外加电场方向相反的电子的一个净余换置。P18我们能获得漂流物速度v,藉由使冲量(力量x时间)相等于，在相同的时间内,加载在电子在那期间自由的飞行碰撞的动量。相等是有根据的，在一定稳态所有碰撞得到的冲量是丧失在对碰撞的晶格里。外加的电子的冲量是-qEt，得到的动量是mnvn，我们得到(1-14)或(1-14a).方程1-14a表明电子漂流物速度是外加的电场成比例的，比例因素倚赖于平均自由时间和有效质量。那比例因素叫做电子迁移率
5、。P19迁移率对于载流子转移来说是一个非常重要的参数,因为它描述了电子受外加电场的影响的程度,可以写一个相同的表达式对于价带中的空穴来说Vp是空穴迁移电压u是空穴的迁移率在eq中的负号没了,因为空穴在补偿方向上的转移和电场的方向是一样的。P201-15迁移率在碰撞中和平均自由时间成正比,它是轮流由各种散射机制决定的,最重要的两种机制是由于在绝对零度以上任何温度的晶格热振动晶格散射机制和杂质散射机制.这些振动影响了晶格周期势能和允许在载流子和晶格当中的能量.因为晶格振动随着温度的增加而增加,晶格散射在高温下在统治地位,所以迁
6、移率随着温度的增加而增加,理论分析表明迁移率油晶格散射决定,它在比例温度中会增加杂质散射是由于当一个带电载流子通过了电离掺杂杂质时发生的,带电载流子程将会偏析,是因为库仑力的吸引.杂质散射的几率依赖于电离杂质的浓度,也就是说,正离子和负离子的中和,但是,不想晶格散射那样,杂质散射变在高温下变得不这么明显,在高温时,载流子移动加快,它们在短时间内仍然在杂质原子附近所以有效的散射减少了.由杂质散射引起的迁移率的变化u在理论上为…t是总的杂质浓度.发生在单位时间里碰撞的几率是所有碰撞几率的和因为各种的散射机制.P20被测量的硅在
7、五种不同受主浓度下的是温度函数的电子迁移率已经给出,插图表明了理论上依赖于电子迁移率的温度因为晶格和杂质散射,对于轻掺杂的样品,晶格散射起主要作用,对于重掺杂的试样,低温下的杂质散射非常明显,迁移率随着温度的增加而增加,我们看看一个给定温度下掺杂浓度为…的试样,迁移率随着温度的增加而增加,因为提高了的杂质散射被测量的在硅和GaSn中的迁移率作为室温下杂质浓度的一个函数已经给出,迁移率在低浓度下到达一个最大值,这相当于晶格散射的限制,电子和空穴迁移率随着杂质浓度的增加而减少,最后在高浓度下到达一个极小值,注意电子的迁移率比空
8、穴的要大很多,主要由于很小的有效质量.12P201.2.2在前面的章节中，我们认为漂移电流就是在提供一个电场的情况下载流子的运动。如果在半导体材料中的载流子浓度有一个空间的变化，会产生另一个重要的电流分量，就是载流子倾向于从一个高浓度区域运动到一个低浓度区域。这个电流分量称为扩散电流。P20要理解这个扩
