半导体物理2013第四章.pptVIP

常以散射概率P来描述散射的强弱，它代表单位时间内一个载流子受到散射的次数。浓度为Ni的电离杂质对载流子的散射概率Pi与温度的关系为： 电离杂质浓度越高，载流子遭受散射的机会越多；温度越高，载流子热运动平均速度越大，载流子更易掠过电离杂质，偏转就小，散射概率越小。 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 §4.5 强电场下的效应 §4.5 强电场下的效应 强电场效应的产生原因 无电场 热运动的载流子与热振动的晶格之间通过发 射或吸收声子交换能量，载流子和晶格各自的系 统能量相等，达到热平衡状态。 弱电场 载流子从电场中获得能量，载流子向晶格发 射的声学波声子数大于从晶格吸收的声子数，从 而向晶格传递能量，直至载流子能量等于晶格能 量，两者处于热平衡状态。 §4.5 强电场下的效应 强电场 载流子从电场中获得大量能量，载流子以发射声学波声子的方式不能及时地将能量传递给晶格，载流子的能量高于晶格系统，载流子和晶格系统之间是非平衡状态。 温度是平均动能的量度，既然载流子的能量大于晶格系统的能量，人们便引进载流子的有效温度Te来描写与晶格系统处于非平衡状态的载流子，并称这种状态的载流子为热载流子。 显然，强电场下TeT（晶格温度），热载流子的迁移率 随电场强度的增加而降低。 §4.5 强电场下的效应 更强电场 载流子从电场中获得的能量很高，已足以和光学波声子能量相比，载流子能够向晶格发射光学波声子，载流子获得的能量大部分消失，载流子的平均漂移速度不再随电场强度增加而增加，而是趋于饱和。 §4.5 强电场下的效应 2. 平均漂移速度与电场强度的关系 电子与晶格散射达到平衡时 其中 §4.6 多能谷散射、耿氏效应 §4.6 多能谷散射、耿氏效应 §4.6 多能谷散射、耿氏效应 §4.6 多能谷散射、耿氏效应 *本章相关的计算例题解析： ⒈书126页17题第一问。 ⒉室温下，本征锗的电阻率为47Ω·cm，若掺入杂质锑，使每百万分之一的锗原子中有一个杂质原子，计算室温下材料的电阻率。（已知室温下μn=3600 cm2/V·s, μp=1700 cm2/V·s,锗原子浓度为4.4×1022/cm3） ⒊在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度为1014/cm3 ,受主杂质浓度为7×1013/cm3 ,设室温下本征锗的电阻率为60Ω·cm，假设电子和空穴的迁移率分别为μn=3800 cm2/V·s, μp=1800 cm2/V·s，若在样品两端施加电压，使流过样品的电流密度为52.3mA/cm2 ,求所加的电场强度的大小。 本章主要内容回顾： 一、关于μ的第一套定义及相互关系（J、σ、ρ） 二、载流子散射理论及主要散射机制（2主4辅） 三、关于μ的第二套定义， μ与杂质浓度和温度的关系 四、电阻率与杂质浓度和温度的关系 五、强电场效应、多能谷散射效应及耿氏效应 NI ↑→电离杂质散射渐强→ μ随T 下降的趋势变缓 ②NI很大时（如1019cm-3）,在低温的情况下, T↑,μ ↑（缓慢）,说明杂质电离项作用显著;在高温的情况下, T↑,μ↓，说明晶格散射作用显著. ①NI很小时,[1013(高纯) —1017cm-3(低掺)]. BNI/T3/2CT3/2，所以,随着温度的升高，迁移率μ下降.即T↑，μ↓.此时晶格振动散射起主要作用. 总之：低温和重掺杂时，电离杂质散射为主; 高温和低掺杂时，晶格振动散射为主. §4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系§4.3.3 迁移率与杂质和温度的关系 ⒊少子迁移率和多子迁移率 研究发现，低掺杂时少子与多子迁移率是一样的，杂质浓度增大到一定程度后，少子迁移率大于相同掺杂浓度下的多子迁移率。 如硅在室温时，当杂质浓度较低时，多子和少子电子迁移率相近约为1330 cm2/V·s，多子和少子空穴迁移率也相近约为495 cm2/V·s，当杂质浓度增大时，电子与空穴多子少子迁移率都单调下降，并且少子迁移率逐渐大于相同掺杂浓度下的多子迁移率。二者的差别，也会随着杂质浓度的增大而增大。一般认为，产生的原因是由于重掺杂时形成杂质能带，载流子受杂质能级俘获使其迁移率降低。 §4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系§4.3.3 迁移率与杂质和温度的关系 一、电阻率与杂质浓度的关系： 轻掺杂情况下(1016～1018cm-3),可认