第2章 节 半导体中的载流子及其输运性质 《半导体物理学简明教程》课件.ppt

第二章 半导体中的载流子及其输运性质;2.1 载流子的漂移运动与半导体的电导率;2.1.1 微分形式的欧姆定律;2.1.2 外电场作用下电子的漂移速度和迁移率 电导率;2.1.3 半导体的电导率与迁移率;1 K空间中量子态的分布;3D K空间状态密度-极值点 k0=0，E(k)为球形等能面;2 状态密度与能量的关系;状态密度与能量的关系-极值点 k0=0，E(k)为球形等能面;椭球等能面状态密度-对Si、Ge、GaAs材料;若等价能谷数量为S ，则态密度为;2.2.2 费米分布函数与费米能级;三种统计分布;1 费米分布函数;费米分布函数与电子填充状态及温度效应 ;2 玻耳兹曼分布函数;2.2.3 费米分布与玻耳兹曼分布的关系;2.2.4 非简并半导体的载流子密度;1 非简并半导体导带中电子的密度;导带有效状态密度Nc;2 非简并半导体价带中空穴的密度;费米能级的深刻含义;2.2.5 本征半导体的载流子密度;引入电子质量m0和常数h、k0;载流子密度表达式;锗、硅、砷化钾的本征载流子密度;本征载流子密度与温度的关系 ;半导体器件的工作温度限制;第二章 半导体中的载流子及其输运性质;2.3 载流子密度对杂质和温度的依赖性;2.3.1 杂质电离度;2 施主能级上的电子密度和电离施主密度;3 受主能级上的空穴密度和电离受主密度;半导体中的空间电荷由4部分组成 正电荷：价带空穴p及电离施主nD+ 负电荷：导带电子n及电离受主pA- 热平衡时电中性条件：p0+nD+=n0+ pA-;半导体中的空间电荷由4部分组成 正电荷：价带空穴p及电离施主nD+ 负电荷：导带电子n及电离受主pA- 热平衡时电中性条件：p0+nD+=n0+ pA-;p型半导体的载流子密度;n型半导体 (1)低温弱电离区(温度很低时);费米能级随温度的变化以及杂质电离能的测量;(3) 强电离区(温度升高至大部分杂质电离);室温时硅中施主杂质全部电离的密度上限;(4) 过渡区;(5)高温本征激发区;？求解此方程，得出EF ？简化讨论之;低温弱电离区;p型半导体;不同掺杂情况下的费米能级;2.3 载流子密度对杂质和温度的依赖性;3 一般情况下的载流子统计分布;一般情况下关于EF和T的方程;一般情况下EF(T)的方程的简化求解;1) 含有受主杂质的n型半导体:NDNA;低温弱电离;强电离;本征激发不可忽略;2) 含有施主杂质的p型半导体:NAND;低温??电离; 当NA-NDni,本征激发可以忽略. EF -EAk0T时,受主杂质全部电离,施主能级ED完全被空穴所填充. 如果ND NA, 则p0≈NA n0;如果施主浓度不能忽略,则p0=NA-ND,这就是杂质的补偿作用,价带中的空穴浓度取决于两种杂质浓度之差,与温度无关,半导体进入饱和区,相应的费米能级为:;本征激发不可忽略;载流子密度与费米能级以及掺杂浓度的关系;载流子密度与费米能级以及掺杂浓度的关系;载流子密度与费米能级以及状态密度;温度效应;轻掺杂与重掺杂? ;500K n p ;n型半导体电子密度随温度变化的全过程;高温区;掺杂半导体的费米能级-小结;2.3 载流子密度对杂质和温度的依赖性;2.3.3 简并半导体;1 简并半导体的载流子密度;非简并半导体导带中电子的密度;简并半导体导带中电子的密度;费米积分数值表;2 简并(degeneration)化条件;满足简并化临界条件EC －EF＝0的掺杂浓度即为;3、影响简并化临界条件的因素 ;例：计算室温下n-Ge、Si的简并化临界掺杂浓度。; ;5 禁带变窄效应;;2）、禁带窄化模型;3）、重掺杂改变半导体的本征载流子密度;第二章 半导体中的载流子及其输运性质;2.4.1 恒定电场下载流子漂移运动的微观描述 2.4.2 决定载流子迁移率的物理因素 2.4.3 有效质量各向异性时的载流子迁移率 ;2.4.1 恒定电场下载流子漂移运动的微观描述;1、载流子的热运动和平均自由时间;2、载流子的平均漂移速度;电子迁移率和空穴迁移率的微观含义表达式;多种散射机构同时起作用时的迁移率;2.4.3 有效质量各向异性时的载流子迁移率;第二章 半导体中的载流子及其输运性质;2.5 载流子散射及其对迁移率的影响 ;1 载流子散射的概念;2 半导体的主要散射机构;1) 电离杂质的散射;电离杂质散射;2) 晶格振动的散射;格波的散射概率;3) 其他因素引起的散射;1） 平均自由时间与散射概率的关系;2） 电导率、迁移率与平均自由时间的关系;3）电导有效质量mc;求Si中电子在强度为104V/m的电场作用下的平均自由时间和平均自由程。 设Si中?n=1450cm2/V?s。;第二章 半导体中的载流子及其输运性质;2.5