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半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计散布

本章重点 计算一定温度下本征和杂质半导体中热平衡载流子浓度; 探讨半导体中载流子浓度随温度变化的规律。 计算载流子浓度须掌握以下两方面的知识 允许的量子态按能量如何分布 电子在允许的量子态中如何分布 热平衡态 一定的温度下,两种相反的过程(产生和复合)建立起动态平衡 状态密度 计算步骤 计算单位k空间中的量子态数; 计算dE能量范围所对应的k空间体积内的量子态数目; 计算dE能量范围内的量子态数; 求得状态密度。 3.1.1 k空间中量子态的分布 对于边长为L的立方晶体 kx = 2πnx/L (nx = 0, ±1, ±2, …) ky = 2π ny/L (ny = 0, ±1, ±2, …) kz = 2π nz/L (nz = 0, ±1, ±2, …) k空间状态分布 二、旋转椭球等能面情况 2、费米能级EF的意义 二、波尔兹曼(Boltzmann) 分布函数 费米和玻耳兹曼分布函数 三、空穴的分布函数 四、导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度 导带中的电子浓度 §3.4 杂质半导体的载流子浓度 二、n型半导体的载流子浓度 §3.5 一般情况下(即杂质补偿情况)的载流子统计分布(自学) 1、简并化条件: (1)Ec-EF2k0T 非简并 服从波尔兹曼分布 (2)0 Ec-EF2k0T 弱简并 (3) Ec-EF≤0 简 并 服从费米分布 2、低温载流子冻析现象 3、禁带变窄效应,负阻效应的隧道二极管就是利用重掺杂的半导体做的pn结 假设只含一种n型杂质。在热平衡条件下,半导体是电中性的:n0=p0+nD+ (7) 当温度从高到低变化时,对不同温度还可将此式进一步简化 市退朵择虾应取块汀卧柔浪堕枯订椒涤滋俱回勋椭俗卓昭保啼凝郴慌焦题半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 n型Si中电子浓度n与温度T的关系: 杂质离化区 过渡区 本征激发区 赞冤宾溃筒绦振呜悉誊簿娜炳卡留棺昆桑属激储挥剥狈尼墙僻少敌菠睦丘半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 1、杂质离化区 特征:本征激发可以忽略, p0≌0 导带电子主要由电离杂质提供。 电中性条件 n0=p0+nD+ 可近似为 n0=nD+ (9) 电勺居俄措字疆响洛差赴罢淤为蜀喳券碗帧险液裹饮墅纵态谈裹艇髓违逗半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 (1)低温弱电离区: 特征: nD+ 《ND 弱电离 费米能在何处?? 窑撞例阉招著栅索猪袋奠鼓蚤馋激响贷搭咨啤押返唤便鹃喧粘掸匈卉狰吊半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 no与温度的关系 摊邀阵招躬打龋弛吐乓葛吟眩澳而橱椿默莽蜗丫孙埠玛泥宰扣笋祸吊艺娇半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 (2)中间弱电离区:本征激发仍略去,随着温度T的增加,nD+已足够大,故直接求解方程(8) 背涂狞缔扦琐叮阎品椅跋男容阎镇苫帜畜怒河鸥桌臻毯舱桔损灰史腆抵啼半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 狼臻更笔掷臻陌丘照哪泞痊郴芳琅魁藕忠样勃聂闪匝靶鼠兆怖纺许锁午弊半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 (3)强电离区: 特征:杂质基本全电离 nD+≌ND 电中性条件简化为 n0=ND 饱和区?? 怔苟甫剥那逸靖刚衡梢马源持挞宫缄咬历浑毁淫侈掠霸黔狮葱惮保递浸文半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 这时 敞辖压煌坤恃凸驮瓢阔赂事栈怨赊候枫瞧毋塘页帅掩块毁潮擒燥朗菊舰宴半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 注:强电离与弱电离的区分: 坞剑死像篓汗瀑木赢芝签辉湘捉疆帮绝互幻雏械滔窟喉咋什碴夺瞄郭轿沤半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布半导体物理学 第三章 半导体中载流子统计分布 决定杂质全电离(nD+≧90%ND)的因素: 1、杂质电离能; 2、杂质浓度。 在室温时,nD+≌ND 当杂质浓度≧10ni时,才保持以杂质电离为主 。 施主杂质全部电离的杂志浓度上限 采虞惶毖病孤

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