半导体的导电性能教程.pptVIP

N型半导体不同温度下载流子的浓度变化 nD+ 《 ND (1)低温弱电离区： 温度较低，本征激发几乎不发生，少量施主杂质发生电离 少量电子进入导带 n0=nD+ 施主杂质的电离能 T↑,n0 指数增加 低温弱电离区费米能级表达式： T ↑, EF 复杂, ND2NC， ND ↑， EF ↑ 价 带 导 带 EC Ev EF Ei ED (2)中间电离区： T ↑, NDNC， ND ↑， EF ↑ n0=nD+ 价 带 导 带 EC Ev EF Ei ED nD+ ≈ ND (3)强电离区： 温度升高，大部分施主杂质发生电离 电子进入导带 n0=nD++p0 P0很小 n0 = ND n0与温度无关 强电离区费米能级表达式： ND一定， T ↑, EF 靠近Ei T一定， ND ↑， EF 靠近Ec 价 带 导 带 EC Ev EF Ei (4)过渡区： 温度升高，施主杂质完全电离，同时本征激发不可忽视 n0=ND+p0 本征半导体 ni=n0=p0 导 带 EC 价 带 Ev EF Ei (5)高温本征激发区 温度升高，本征激发的载流子数远大于施主杂质电离的 n0 》ND p0 》ND n0=p0 导 带 EC 价 带 Ev EF Ei 非本征半导体（n型） 1/T n0 本征区 非本征区 耗尽区 低温区： n0=nD+, 相同温度下，非本征半导体电子浓度 比本征半导体大得多，但对温度的依赖性小。 中温区： n0=ND, 电子浓度基本与温度无关。这个温度对于 非本征半导体材料来说非常重要，（半导体的使用温度）。 耗尽区的上限温度越高表示此种半导体的使用温度越高。 本征半导体： 1/T ni n型 ——耗尽区，因为所有的施主原子因为失去电子而离子化 P型——饱和区，因为所有的受主原子因为得到电子而 离子化 高温区：本征激发区 四 半导体中载流子的运动 载流子在电场作用下的运动称漂移运动，所形成的电流称漂移电流。 漂移与漂移电流 半导体载流子 没有电场→载流子是无规则的随机运动→不会产生电流 加上电场→载流子定向运动→会产生电流 电子电流 空穴电流 漂移速度： 迁移率，单位电场强度作用下，载流子的平均漂移速度。表明了载流子在半导体材料中运动的难易程度。 (cm2/V.S) 与材料性质，掺杂浓度，载流子种类，温度有关 ND 0 T一定 NA 0 T一定 随着掺杂浓度↑，迁移率↓。因为载流子在迁移过程不仅 受到晶格振动的散射还受到杂质的散射； (2) 当浓度较低时，迁移率接近常数 (载流子主要受晶格振动的散射)； 1. 电离杂质的散射 + — 半导体的主要散射（附加势场）机构有： 电离施主杂质的散射 电离受主杂质的散射 电子 空穴 杂质离子↑，散射几率↑ 温度↑，散射几率↓ 2. 晶格振动的散射 晶格中的原子在其平衡位置作微振动，引起周期性势场的破坏，原子振动的具体表现形式为声子，晶格振动的散射可以看作声子与电子的碰撞。 温度↑，声子数↑，散射几率↑ 3. 其它因素引起的散射 （3）载流子之间的散射 低温下没有充分电离的中性杂质通过对周期性势场的微扰作用引起散射。一般在低温情况下起作用。 在刃型位错处，刃口上的原子共价键不饱和，易于俘获电子成为受主中心，在位错线成为一串负电中心，在其周围由电离了的施主杂质形成一个圆拄体的正空间电荷区。 （2）位错散射 （1）中性杂质的散射 + + + + + + 五.半导体的电学性质 本征半导体： 1/T ln σ 1/T ni lnσ=C-Eg/2k0T σ=nqμ 1/T n0 本征区 非本征区 耗尽区 非本征半导体： N型：σn =nqμn P型：σp =nqμp N型：p =1/nqμn P型：p =1/nqμp T p 本征区 非本征区 耗尽区 非本征区: 温度很低，载流子主要由电离杂质提供，它对温度升高而增加；散射主要有电离杂质决定，迁移率也随温度的升高而增大，所以电阻率随温度的升高而下降。 耗尽区:温度继续升高，杂质全部电离，载流子基本不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度的升高而降低，所以电阻率随温度的升高而增加。 本征区:温度增加，本征激发占优势，大量本征载流子的产生远远超过迁移率减小对电阻率影响，电阻率随温度增加急剧下降。 半导体电阻率-温度关系 一 半导体中的载流子 二 本征半导体 三 非本征半导体 四 半导体中载流子的运动 五