半导体器件物理(chapt1-4)教学课件

《半导体器件物理(chapt1-4)教学课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、§7载流子输运现象了解载流子漂移运动的机理以及在外电场作用下的漂移电流了解载流子扩散运动的机理以及由于载流子浓度梯度而引起的扩散电流掌握半导体材料中非均匀掺杂浓度带来的影响了解并掌握半导体材料中霍尔效应的基本原理及其分析方法输运：载流子的净流动过程称为输运。两种基本输运体制：漂移运动、扩散运动。载流子的输运现象是最终确定半导体器件电流-电压特性的基础。假设：虽然输运过程中有电子和空穴的净流动，但是热平衡状态不会受到干扰。涵义：n、p、EF的关系没有变化。（输运过程中特定位置的载流子浓度不发生变化）热运动的速度远远超过漂移或扩散速度。（外加作用，转化为

2、一个平均的统计的效果）§7.1载流子的漂移运动一、欧姆定律的微分形式漂移电流密度：载流子在外加电场作用下的定向运动称为漂移运动，由载流子的漂移运动所形成的电流称为漂移电流。欧姆定律：IVR=V/Ils普通的欧姆定律不能表示出不同位置的电流分布电流密度：对于一段长为l，截面面积为s，电阻率为ρ的均匀导体，若施加以电压V，则导体内建立均匀电场E，电场强度大小为：对于这一均匀导体，有电流密度：I将电流密度与该处的电导率以及电场强度联系起来，称为欧姆定律的微分形式二、漂移速度和迁移率有外加电压时，导体内部的自由电子收到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动

3、构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。称为电子的迁移率，表示单位场强下电子的平均漂移速度，单位是m2/V·s。易得迁移率的定义表明：载流子的漂移速度与电场强度成正比。此即为电导率和迁移率的关系式。三、半导体的电导率和迁移率一般说来，在弱场情况下，半导体种的载流子在电场作用下的运动仍遵守欧姆定律，但是存在两种载流子迁移率与电子的运动EF=eE+-真空极板间的电子做匀加速运动在恒定电场中，电子速度应当随时间不断增大，从而电流密度将无限增大？和欧姆定律矛盾？四、载流子的散射半导体中电子和空穴的运动12341234

4、电场E1234无外场条件下载流子的无规则热运动外场条件下空穴的热运动和定向运动外场条件下电子的热运动和定向运动半导体中电子的热运动散射：在实际晶体中，存在各种晶格缺陷，晶格本身也不断进行着热振动，它们使实际晶格势场偏离理想的周期势，这相当于在严格的周期势场上叠加了附加的势。这个附加的势场作用于载流子，将改变载流子的运动状态，即引起载流子的“散射”。例如：?一个电离杂质通过库仑相互作用将使载流子的运动方向发生偏折；载流子和晶格振动的相互作用，则不但可以改变载流子的运动方向，而且可以改变它的能量，我们也常把散射事件称为“碰撞”。晶格散射晶格原子振动以格波

5、来描述。格波能量量子化，格波能量变化以声子为单位。电子和晶格之间的作用相当于电子和声子的碰撞。EcEv晶格原子热振动导致势场的周期性遭到破坏，相当于增加了一个附加势理想晶格原子排列以一定模式振动的晶格原子电离杂质散射碰撞：载流子的散射；即载流子速度的改变。经典碰撞。实际的接触为碰撞。类比：堵车时，汽车的移动速度和方向，不断由于其它汽车的位置变化而变化。尽管没有实际接触，但由于阻碍车的存在，造成了汽车本身速度大小和方向的改变。这类似于载流子的散射，也即碰撞。散射的影响热平衡情况散射使载流子的运动紊乱化。例如，假设某一时刻晶体中的某些载流子的速度具有某一

6、相同的方向，在经过一段时间以后，由于碰撞，将使这些载流子的速度机会均等地分布在各个方向上。这里“紊乱化”是相对于“定向”而言的，与这些载流子具有沿某一方向的初始动量相比，散射使它们失去原有的定向运动动量，这种现象称为“动量驰豫”。在晶体中，载流子和晶格、缺陷之间的碰撞，进行得十分频繁，每秒大约发生1012—1013次，因此这种驰豫过程所需的时间仅约10-12—10-13秒，正是上述散射过程导致平衡分布的确定，在平衡分布中，载流子的总动量为零，在晶体中不存在电流。有外场的情况在晶体中存在电场时，电场的作用在于使载流子获得沿电场方向的动量（定向运动动量）

7、，每个载流子单位时间内由电场获得的定向运动动量为eE，但是由于散射，载流子的动量不会像在理想晶体中那样一直增加；它们一方面由电场获得定向运动动量，但另一方面又通过碰撞失去定向运动动量，在一定的电场强度下，平均来说，最终载流子只能保持确定的定向运动动量，这时，载流子由电场获得定向运动动量的速率与通过碰撞失去定向运动动量的速度保持平衡。此时晶体中的载流子将在无规则热运动的基础上叠加一定的定向运动。我们用有效质量来描述空穴的加速度与外力（电场力）之间的关系v表示电场作用下的粒子速度（漂移速度，不包括热运动速度）。假设粒子的初始速度为0，则可以积分得到：用

8、cp来表示在两次碰撞之间的平均漂移时间。则在弱场下，电场所导致的定向漂移速度和热运动速度相比很小（~1%），