半导体物理课件杂质半导体的载流子浓度.pptVIP

三、p型半导体的载流子浓度 低温弱电离区 强电离区（饱和区） 3.4杂质半导体的载流子浓度 分析问题思路 一、杂质能级上的电子和空穴 电子（或空穴）占据杂质能级的概率不能用费米分布函数描述。杂质能级只能容纳任意自旋的一个电子（或空穴）。 可以证明： 电子占据施主能级的概率 空穴占据受主能级的概率 施主能级上的电子浓度 受主能级上的空穴浓度 电离施主杂质浓度 电离受主杂质浓度 二、n型半导体的载流子浓度 电中性方程（或条件）（半导体物理三大方程之一） 说明：在一定温度下，确定的半导体材料及杂质浓度，要精确求解费米能级有较大难度。 1.低温弱电离区 相关表达式代入后，可得 为方便计算，按温度分区间进行讨论：低温弱电离区、中间电离区、强电离区、过渡区、本征激发区（不同温度区间取不同的近似，根据已知条件可精确计算的不能取近似） 2.中间电离区(不可近似) 温度继续升高，当 ， 当 ， ，施主杂质1/3电离。可直接求解方程。 解得 3.强电离区 电中性条件 代入相关公式，可求得 不同掺杂浓度、不同温度下费米能级的变化趋势 掺杂浓度一定，T=0K时，n（p）型半导体费米能级位于导带底（价带顶）和施主（受主）能级中央，随温度升高，费米能级先上升（下降）后下降（上升）直至禁带中央。 T一定时，随施主（受主）浓度增加，费米能级向导带底（价带顶）靠近。 施主杂质全部电离后 室温下施主杂质全部电离时杂质浓度的上限 令 则 可以看出： 表示未电离施主占施主杂质数的百分比，取决于温度、电离能与杂质浓度。杂质浓度越高，达到全部电离的温度越高 。 例：掺磷的n型硅，室温时 磷杂质全部电离（90%）的浓度上限ND约为 ；考虑到以杂质电离为主，杂质浓度应高于本征载流子浓度一个数量级，全部电离的杂质浓度范围为1011～ 还可利用下式计算杂质全部电离时的温度。 4.过渡区 电中性条件 根据本征激发时 得到位移方程 以及 过渡区载流子浓度 解得 当 当 5.高温本征激发区 电中性条件 实际的本征半导体与理想半导体的区别 本征半导体的载流子主要依靠本征激发提供，杂质与缺陷的贡献小可忽略 理想半导体中无杂质与缺陷