载流子浓度和电导率.ppt

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1、二、本征载流子浓度及影响因素本征载流子浓度ni2.影响ni的因素(1)mdn、mdp、Eg——材料(2)T的影响T↑，lnT↑，1/T↓，ni↑高温时，在lnni～1/T坐标下，近似为一直线。3.杂质半导体载流子浓度积与ni关系强调：不仅适用于本征半导体材料，也适用于非简并的杂质半导体材料。在常温下，已知施主浓度ND，并且全部电离，求导带电子浓度no和价带空穴浓度po∵施主全部电离∴no=NDn型半导体应用在常温下，已知受主浓度NA，并且全部电离，求导带电子浓度no和价带空穴浓度po∵受主全部电离∴p

2、o=NAP型半导体三、本征半导体在应用上的限制●纯度达不到本征激发是载流子的主要来源（杂质原子/总原子＜＜本征载流子/总原子）Si：原子密度1023/cm3，室温时，ni=1010/cm3本征载流子/总原子=1010/1023=10-13＞杂质原子/总原子要求Si的纯度必须高于99.9999999999999%！●本征载流子浓度随温度变化很大在室温附近：Si:T↑，8Kni↑一倍Ge:T↑，12Kni↑一倍●本征半导体的电导率不能控制四、杂质半导体载流子浓度和费米能级带电粒子有：电子、空穴、电离的施主

3、和电离的受主电中性条件（平衡条件下）：p-n-NA－+ND+=0假设参杂原子全部电离，上式变为：p-n-NA+ND=0由np乘积关系可得解得讨论：（1）本征半导体（2）掺杂半导体（ND-NA>>ni或NA-ND>>ni）（3）掺杂半导体（ND-NA<

4、杂半导体的载流子浓度时，需首先考虑属于何种温区。一般：T：300K左右，且掺杂浓度＞＞ni属于饱和电离区注意：N型：n=ND—NA或n=NDP型：p=NA—ND或p=NA例.已知：解：NA＞ND，材料为P型材料处于饱和电离区或：例.已知：Si中NA=1022/m3=1016/cm3T=300K和600K，分别求解：T=300K时，ni=1.5×1010/cm3＜＜NA材料处于饱和电离区po=NA=1016/cm3或：600K时，ni=8×1015/cm3材料处于过渡区五、简并半导体中的杂质能级杂质能带

5、：在简并半导体中，杂质浓度高，导致杂质原子之间电子波函数发生交叠，使孤立的杂质能级扩展为杂质能带。简并半导体为重掺杂半导体重掺杂：当半导体中的杂质浓度超过一定数量时，载流子开始简并化的现象叫。杂质带导电：杂质能带中的电子通过在杂质原子之间的共有化运动参加导电的现象。禁带变窄效应：重掺杂时，杂质能带进入导带或价带，形成新的简并能带，简并能带的尾部深入到禁带中，称为带尾，从而导致禁带宽度变窄。导带Eg施主能级价带施主能带本征导带简并导带能带边沿尾部EgE´g价带简并：△ED→0，Eg→Eg＇禁带变窄●施

6、主能级分裂成能带；●导带=本征导带+杂质能带●在EC附近，gC(E)明显增加●杂质上的电子直接参与导电●电子占据量子态的几率：费米分布函数●能量状态密度：导带：gC(E)∝E1/2价带：gV(E)∝-E1/2第三章小结●载流子浓度：导带电子浓度：价带空穴浓度：浓度积：●本征半导体：●杂质半导体(杂质原子全部电离)：半导体中的导电性第三章载流子输运●载流子的漂移运动和迁移率●迁移率和电导率随温度和杂质浓度的变化§4.1载流子的漂移运动和迁移率一、漂移运动和漂移速度外加电压时，半导体内部的载流子受到电场力

7、的作用，作定向运动形成电流。漂移运动：载流子在电场力作用下的运动。漂移速度：载流子定向漂移运动的速度。E外电场作用下电子的漂移运动二、欧姆定律金属：—电子半导体：—电子、空穴微分形式电流密度J（A/m2):通过垂直于电流方向的单位面积的电流。E为电场强度电流I(A):单位时间内通过垂直于电流方向的某一面积的电量。三、电导率的表达式设：Vdn和Vdp分别为电子和空穴的平均漂移速度。以柱形n型半导体为例，分析半导体的电导现象ds表示A处与电流垂直的小面积元，小柱体的高为Vdndt在dt时间内通过ds的截

8、面电荷量，就是A、B面间小柱体内的电子电荷量，即AVdndtBdsVdn其中n是电子浓度，q是电子电荷电子漂移的电流密度Jn为在电场不太强时，漂移电流遵守欧姆定律，即其中σ为材料的电导率E恒定，Vdn恒定E,J,Vdn平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比值称为电子迁移率。因为电子带负电，所以Vdn一般应和E反向，习惯上迁移率只取正值，即上式为电导率和迁移率的关系单位场强下电子的平均漂移速度对于空穴，有：μn和μp分别称为电子和空穴迁移率，单位为