半导体物理-9答辩ppt课件.ppt

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1、单一杂质半导体的载流子浓度庞智勇山东大学物理学院本幻灯片参照刘恩科等所编著教材《半导体物理学》编写半导体物理SemiconductorPhysics在主要由杂质决定载流子浓度的非本征半导体中，电子的统计分布问题比本征半导体复杂，不过解决问题的方法是类似的。半导体物理SemiconductorPhysics杂质能级的占有几率电子占据杂质能级的几率不能用费米分布函数描述。能带中的能级可以容纳自旋方向相反的两个电子；而对于施主杂质能级最多只能被一个电子占据，不允许同时被自旋方向相反的两个电子占据。可以证明，电子占据施主

2、能级的几率：半导体物理SemiconductorPhysics在更为一般的情况下，该几率也可表示为施主能级被空穴占据的几率为式中gD为施主基态简并度，注意不要与朗德因子混淆。半导体物理SemiconductorPhysics对于类氢受主，空穴占据受主能级的几率更一般情况下半导体物理SemiconductorPhysics由于施主浓度ND和受主浓度NA就是杂质的量子态密度，而电子和空穴占据杂质能级的几率分别是fD(E)和fA(E)。因此有施主能级上的电子浓度nD单一杂质能级情形这也是没有电离的施主浓度半导体物理Se

3、miconductorPhysics受主能级上空穴浓度pA这也是没有电离的受主浓度半导体物理SemiconductorPhysics电离施主浓度电离受主浓度半导体物理SemiconductorPhysics杂质能级和费米能级的相对位置反映了电子和空穴占据杂质能级的情况。当时，，因而而，即当费米能级远在施主能级之下时，可以认为施主杂质几乎全部电离当费米能级远在施主能级之上时，施主杂质基本上没有电离同理，当费米能级远在受主能级之上时，受主杂质几乎全部电离，当费米能级远在受主能级之下时，受主杂质基本没有电离。>>>>半

4、导体物理SemiconductorPhysics以单一施主能级的n型半导体为例n型半导体的载流子浓度半导体物理SemiconductorPhysics电中性条件为电子=空穴+正电中心或半导体物理SemiconductorPhysics分区（温度）讨论半导体物理SemiconductorPhysics低温弱电离区温度很低时，大部分施主杂质能级仍为电子所占据，少量施主杂质发生电离。从价带到导带的本征激发更是可以忽略不计。因此有，又因为电离施主浓度远比施主浓度小，所以，进一步简化p0被歼灭>>半导体物理Semicond

5、uctorPhysics取自然对数后再简化得到低温弱电离区费米能级表达式半导体物理SemiconductorPhysics针对表达式展开讨论1）费米能级与温度、杂质浓度等有关2）极限低温时，式中第二项趋近于0，费米能级在导带底和施主能级间的中线处。3）将费米能级对温度求微商，可以了解费米能级随温度升高发生的变化半导体物理SemiconductorPhysicsT→0K时，Nc→0，因此温度从0K上升时，dEF/dT开始为+∞，EF上升很快。随着温度升高，dEF/dT不断减小，EF增加速度减慢温度达到定值，EF达到

6、极值温度继续升高，EF下降半导体物理SemiconductorPhysics4）将费米能级公式代入到电子浓度公式，可得低温弱电离区电子浓度是施主电离能随温度升高，载流子浓度指数上升；也可以根据载流子浓度~温度关系，反过来确定杂质电离能半导体物理SemiconductorPhysics中间电离区当温度继续升高，2Nc>ND后，上式第二项为负值，这时，费米能级下降至以下。当温度升高到使时，施主杂质有三分之一电离。半导体物理SemiconductorPhysics强电离区当温度升高至大部分杂质都电离时称为强电离区。这时

7、，于是应该有，或。费米能级位于施主能级之下强电离时，<<>>半导体物理SemiconductorPhysics费米能级费米能级由温度及施主浓度所决定。在一般掺杂浓度下导带有效状态密度Nc>施主浓度ND，式中第二项为负，在温度一定时，ND越大，费米能级就越向导带方面靠近。在ND一定时，温度越高，费米能级就越向本征费米能级靠近。半导体物理SemiconductorPhysics半导体物理SemiconductorPhysics在施主杂质全部电离时，电子浓度这时，载流子浓度与温度无关，载流子浓度保持等于杂质浓度的这一温

8、度范围称为饱和区。半导体物理SemiconductorPhysics室温时硅中施主杂质达到全部电离时杂质浓度上限的估算当全部杂质都电离时有，或。施主能级上的电子浓度将费米能级公式代入，得<<>>半导体物理SemiconductorPhysics未电离施主占施主杂质数的比例系数半导体物理SemiconductorPhysicsD_与温度、杂质浓度和杂质电离能都有关系。杂质达