半导体物理与器件1.1——第四章.pdfVIP

半导体物理与器件 第四章 平衡半导体 半导体中的载流子 掺杂原子与能级 非本征半导体 施主和受主的统计学分布 电中性状态 费米能级位臵 本章中利用前边所需的能带及统计理论，分析热平衡半导 体中的载流子浓度及其能量状态与掺杂、温度等材料和环 境因素的关系 半导体物理与器件 平衡半导体 平衡状态或热平衡状态，是指没有外界影响（如电压、 电场、磁场或者温度梯度等）作用于半导体上的状态。 在半导体中主要关注产生和复合过程的动态平衡 平衡态——不随时间变化（动态平衡的结果） 费米能级是描述热平衡状态的重要参数 平衡态是研究非平衡态的出发点 ● ● Ec E D 产 复合 生 Ev ○ ○ 半导体物理与器件 §4.1 半导体中的载流子 载流子：在半导体内可以运动形成电流的电子或 空位（空穴） 载流子的定向运动形成电流； 在半导体中有两种载流子：电子和空穴 半导体中电流的大小取决于：载流子的浓度，载流子 的运动速度 （定向的平均速度） 在本章内容中，我们仅仅关注热平衡状态下的载流子 的浓度 对载流子浓度的推导和计算需要用到状态密度和分布 函数 半导体物理与器件 半导体内的载流子： 两种载流子：电子和空穴 绝对零度时，无电子和空穴。（所有的电子处于价键 之中） 一定温度下，热激发导致部分价键断裂，电子能量增 加，脱离固定晶格原子的束缚，跃迁至导带，成为导 带电子，同时留下价带空穴。 电子：导带电子；空穴：价带空穴； 半导体物理与器件 导带电子和价带空穴的浓度n 和p 方程 0 0 电子浓度 根据状态密度和分布函数的定义，我们知道电子浓度 的能量分布为： n E g E f E       c F 对应于该能量的状态密度 对应于该能量的占据几率 则整个导带范围内的电子浓度为： E c n g E f E dE     0 E c F c 半导体物理与器件 空穴浓度 某一能量值的空穴浓度为： p E g E 1f E