第三章 半导体中的载流子的统计e.ppt

(2)中间电离区 仍有电中性条件 n = nD + 但 n=nD + ＜＜ ND 已不再成立 在此区域中,继续有 T↗, EF↘, n↗ 中间电离区 （3）强电离区(大部分杂质电离 本征激发未发生) a）强电离区电子浓度和费米能级 EF由T和ND共同决定 如果T一定， ND↑， EF ↑ ，EF向EC靠近 如果ND 一定， T ↑， EF ↓ ，EF向Ei靠近 饱和电离 b）饱和电离--杂质(几乎)全部电离 饱和电离的范围: 下限: 杂质接近全部电离 nD 0.1ND 上限: 本征激发可忽略 ni 0.1ND 杂质电离程度 T高，ND小，电离程度高 T低，ND大，电离程度小 T高，ND大，具体分析 T低，ND小，具体分析 标准：P→Si D-=10% ND=3×1017cm-3 （4）过渡区 温度继续升高,本征激发已不能忽略 , nD + = ND 电中性条件为: n0 = p0+ ND 仍有 T↗, EF↘ a）导带电子浓度、价带空穴浓度 b）EF表达式 （通过本征情况求） c）少数载流子浓度 n型半导体 n0=ND p0=ni2/ND p型半导体 p0=NA n0=ni2/NA 在饱和区的温度范围内,少子浓度将随着温度的升高而迅速增大. （5）高温本征激发区 由上可知，掺有杂质的半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。 对于杂质浓度一定的半导体，随温度升高，载流子以杂质电离为主要来源过渡到以本征激发为主要来源，费米能级由杂质能级附近渐移至禁带中线附近。 如n 型半导体 在低温弱电离区时，导带电子由施主杂质电离产生；随着温度升高，导带电子浓度增加，费米能级从施主能级以上降到施主能级以下； 当EF下降到ED以下若干k0T 时，施主杂质全部电离，导带电子浓度等于施主浓度，处于饱和区； 再升高温度，杂质电离已经不能增加电子数，但本征激发产生的电子迅速增加着，半导体进入过渡区，导带电子由数量级相近的本征激发部分和杂质电离部分组成，费米能级则继续下降； 当温度再升高时，本征激发为载流子主要来源，载流子浓度急剧上升，费米能级下降到禁带中线处，是典型的本征激发。 温度一定时，费米能级的位置由杂质浓度决定 在杂质半导体中，费米能级的位置反映了半导体导电类型和掺杂水平 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ln ni～ 1/T 坐标下，近似为一直线。 1/T lnni -Eg/(2k0) 由实验测定高温下的霍尔系数和电导率 得到很宽温度范围内本征载流子浓度与温度的关系 作出 关系直线 从直线的斜率求得T=0K的禁带宽度 与光学方法测得数值相符合 禁带宽度Eg(0)的确定 lnni ~ 1/T 3、本征半导体在应用上的限制 （1）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 例如: 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 Si的纯度必须高于（1x10-13） Ge的纯度必须高于10-9 GaAs的纯度必须高于10-15 目前尚未做到 （2）本征载流子浓度随温度变化很大 在室温附近 Si: T ↑ 8K ni↑ 一倍 Ge: T ↑12K ni↑ 一倍 本征半导体的电导率不能控制 杂质半导体有工作使用范围（一般） Ge≦100oC Si≦100oC GaAs≦450oC （3）同一温度下, Eg越大, ni越小 (p67 表3-2★) （4）器件的极限工作温度 硅平面管 原材料室温电阻率1Ω· cm 左右 施主杂质锑5×1015