半导体材料与特性讲义与作业Example11.PDF

第 1 章 半導體材料與特性 講義與作業 一、本質半導體 1. 無其他物質在晶格內之單一晶格半導體材料(不掺雜，純矽 Si) 2. 電子與電洞之密度相同，因皆由熱產生 3. 本質載子濃度 ⎛−E ⎞ ⎜ g ⎟ n n n BT 3/ 2 e⎜⎝ 2kT ⎠⎟ n p i 其中， B 為常數，與特定之半導體材導有關 Eg 與溫度之關係不重 k 為 Boltzmann 常數=86× 10-6 eV/°K Example 1.1： T=300 °K 求矽之本質載子濃度 解 ：代入公式即可 10 3 22 3 n =1.5× 10 個/cm ，雖不小，但比起原子濃度5× 10 cm/ 則很小 i 二、外質(掺雜)半導體 1. 本質半導體的電子電洞濃度相當小，僅可有微量電流。適當地加入控制量的某 些雜質可大為提高。 2. 施體 donor 雜質：施捨自由電子 常用第五族元素有磷 P 與砷 As 。 第五個價電子則鬆散地束縛在原子上，室溫下可有足夠熱能破壞鍵結而成自 由電子，因而對半導體電流有所貢獻。 當第五個價電子移動到導電帶，磷離子則形成帶正電的離子。 剩下之原子帶正電荷，但在晶格內不可移動，所以對電流無貢獻 施體雜質產生自由電子，但不產生電洞 摻雜：加入雜質，控制自由電子(洞)濃度 N(negative)型半導體 3.受體 aceptor 雜質：接受價電子 常用第三族元素有鋁 Al 、硼B 。 三個價電子，剩下一開放的鍵結位置。 室溫下鄰近的價電子可有足夠熱能而跑至這個位置， 因鄰近位置產生電洞。造成電洞移動的效果而產生電洞電流 受體雜質產生電洞，但不產生電子。 P(positive)型半導體 4.電子電洞之濃度關係 在熱平衡下為 2 n p n 0 0 i 其中，n0 為自由電子之熱平衡濃度， p 0 為電洞之熱平衡濃度， n 為本質載子濃度 i 在濃度為 Nd 的 n 型半導體中 n0=Nd (多數 majority 載子為電子) 2 p 0= ni / Nd 在濃度為 NA 的 p 型半導體中 p 0=NA (多數載子為電洞) 2 n = n N 0 i / A Example 1.2： 求熱平衡下之電子電洞濃度帶入公式即可考慮在 T=300° K 下矽被磷 P 摻雜至 N =1016cm-3 的濃度。 d 解： n0=Nd 2 2 10