第三章 电磁场中的输运现象1.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * 图4-12 对硅导带,电导有效质量mC 相应地有: ★ 迁移率与杂质浓度,温度的关系 或 即: μ ∝ τ ∝1/P 1/μ ∝ 1/τ ∝P 当认为半导体中各种散射彼此独立,则有: 总散射几率: P = PI+PS+PO 1/μ =1/μI+1/μS+1/μO 实际迁移率主要取决于最小的分迁移率 ? μ与温度有关 ? μ与杂质浓度有关 ?电子迁移率 空穴迁移率 Si中，不同ND下， μn~T关系 图4-14 μ~NI关系 (μ- μ+) * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第三章??? 电磁场中的输运现象 §1 载流子的漂移运动 §2 半导体的主要散射机构 §3 关于迁移率的讨论 §4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §5 霍耳效应 ?上一章: 平衡统计问题 ?这一章: 在外电场(以及外磁场)作用下,载流子的运动—电荷的输运问题 且主要限于: ? 温度是均匀的; ? 样品均匀掺杂; ? 外场是弱场(弱电场, 弱磁场) § 1 载流子的漂移运动 (1)????迁移率 (2) 欧姆定律 ★ 迁移率 无外场时,半导体中的载流子作无规则的热运动 在外电场下，载流子受到电场力F. 总的效果是,载流子在电场力的作用下作定向运动—漂移运动： dv/dt=(1/m*)F 由于散射(碰撞)的存在,载流子的动量不会无限地增加. 其速度的统计平均值—漂移速度: vd 当外加电场不是太大,可有 vd ?ε 记作: vd =με μ-迁移率（cm2/v?s) (单位场强下载流子的漂移速度) ? Vd是外电场和散射共同作用的结果 ? μ则反映了散射作用的大小 ★ 欧姆定律 一般形式: j=σε 对半导体,两种载流子导电: j =( neμ-+ peμ+) ε σ= neμ-+ peμ+ 电导率决定于载流子浓度和迁移率 ? 在相同电场下,电子和空穴的漂移速度不会相同, 迁移率也就不同 ? 一般形式 σ= neμ-+ peμ+ ? n型半导体 σ= neμ- ? p型半导体 σ= peμ+ ? 本征半导体 σ= nie(μ-+μ+) § 2 半导体的主要散射机构 (1)?????? 载流子的散射 (2)?????? 电离杂质的散射 (3) 晶格散射 (4) 其他因素引起的散射 ★ 载流子的散射 ①散射的起因: 周期势场的被破坏, 附加势场对载流子起散射作用. (理想晶格不起散射作用) ②散射的结果: ? 无外场时,散射作用使载流子作无规则热运动, 载流子的总动量仍然=0 ? 在外场下，载流子的动量不会无限增加. 迁移率即反映了散射作用的强弱. vd =με ③散射几率: P (单位时间内一个载流子受到散射的次数) ? 载流子在连续二次散射之间自由运动的平均时间--平均自由时间 τ=1/P ? 载流子在连续二次散射之间自由运动的平均路程--平均自由程 λ= vT?τ vT—电子的热运动速度 ? 数量级估算 ? 半导体的主要散射机构 电离杂质的散射 晶格散射 其他因素引起的散射 电离杂质的散射 ★ 电离杂质的散射 电离杂质浓度为NI, 载流子速度为v,载流子能量为E : 定性图象: ? 散射几率大体与电离杂质浓度成正比; ? 温度越高,电离杂质散射越弱. ★ 晶格散射 ① 晶格振动理论简要 晶格振动—晶体中的原子在其平衡位置附近作微振动. ? 格波—晶格振动可以分解成若干基本振动, 对应的基本波动,即为格波. 格波能够在整个晶体中传播. 格波的波矢q, q=1/λ 当晶体中有N个原胞,每个原胞中有n个原子,则晶体中有3n