半导体的导电性 (2).pptVIP

ωa§4.2载流子的散射对电子起主要散射作用的是长波的声子，即其格波波长在几十个原子间距以上。在长波范围内，声学波的频率与波数成正比，光学波频率近似是一常数。长声学波的动量较小，常近似看作是弹性散射第29页，共70页，星期日，2025年，2月5日（2）声学波的散射§4.2载流子的散射横波纵波（长纵波起主要散射作用）第30页，共70页，星期日，2025年，2月5日（2）声学波的散射§4.2载流子的散射第31页，共70页，星期日，2025年，2月5日禁带宽度在晶格中不同位置的变化反映了导带底Ｅc和价带顶Ｅv的变化，就其对载流子的作用，相当于产生了一个附加势场△Ｅc和△Ｅv，这一附加势场破坏了原来势场的严格的周期性，就使电子从ｋ态变化到ｋ’态。分析得到：导带电子受长纵声学波的散射几率§4.2载流子的散射第32页，共70页，星期日，2025年，2月5日（３）光学波散射长纵光学波起主要散射作用，尤其是对具有离子键特性的Ⅲ－Ⅴ族，Ⅱ－Ⅵ族化合物．（温度不太低时）§4.2载流子的散射振动时电极化第33页，共70页，星期日，2025年，2月5日纵波：光学波表示相邻的正、负离子发生相对位移且位移方向相反。正离子的密区和负离子的疏区相结合，从而造成半区带正电，半区带负电，形成附加电场，对载流子有一附加势场的作用。离子晶体中光学波对载流子的散射概率P0与温度的关系Ｔ，光学波的散射几率增大§4.2载流子的散射第34页，共70页，星期日，2025年，2月5日三.其它因素引起的散射1.等同的能谷间的散射硅的能带具有六个极值能量相等的旋转椭球等能面，载流子在这些能谷中分布相同，这些能谷称为等同的能谷。电子可以从一个极值附近散射到另一个极值附近，这种散射称为能谷散射。电子在一个能谷内部散射与长声学波散射：弹性散射与长光学波散射：非弹性散射§4.2载流子的散射第35页，共70页，星期日，2025年，2月5日谷间散射：电子的波矢从一个能谷到另一个能谷时，波矢变化较大，?k2-?k1=?q,声子的波矢大，短波声子对应能量大，非弹性散射。２.中性杂质散射当掺杂浓度很高，温度比较低时，杂质没有全部电离，这种没有电离的中性杂质对周期性势场有一定的微扰作用，而引起散射。§4.2载流子的散射第36页，共70页，星期日，2025年，2月5日３.位错散射N型半导体位错处，共价键不饱和，易于俘获电子，位错线周围形成了一个圆柱形带正电空间电荷区，正电荷是电离了的施主杂质，在圆柱形内形成电场，对载流子有附加势场，受到散射。§4.2载流子的散射第37页，共70页，星期日，2025年，2月5日４.合金散射AlxGa1-xAs中，AlAs占据一套面心立方，GaAs占据一套面心立方，但Al、Ga两种不同原子在Ⅲ族位置上的排列是随机的，对周期性势场产生一定的微扰作用，因而引起对载流子的散射作用，称为合金散射。合金散射是混合晶体特有的散射机制。在原子有序排列的混合合金中，几乎不存在合金散射效应。§4.2载流子的散射第38页，共70页，星期日，2025年，2月5日§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系对原子晶体：主要是纵声学波散射；对离子晶体：主要是纵光学波散射。低温时，主要是电离杂质的散射；高温时，主要是晶格散射。第39页，共70页，星期日，2025年，2月5日一.平均自由时间?和散射概率Ｐ的关系二.电导率、迁移率与平均自由时间的关系三.迁移率与杂质和温度的关系§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系第40页，共70页，星期日，2025年，2月5日§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系描述散射的物理量散射概率Ｐ：单位时间内一个载流子受到的散射的次数平均自由时间：极多次散射之间自由运动时间的平均值第41页，共70页，星期日，2025年，2月5日一.平均自由时间?和散射概率Ｐ的关系晶体中的载流子频繁地被散射，每秒钟可达1012～1013次。令N(t)表示在t时刻它们中间尚未遭到散射的载流子数，则在t～t+dt间隔内受散射的电子数：§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系t+dt时刻仍没受到散射的电子数为：求导的定义第42页，共70页，星期日，2025年，2月5日§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系

t~t+dt间被散射的电子数为：的解为为t=0时未被散射的电子数这些电子自由运动了时间t，总的自由运动时间为对时间积分，为N0个电子总的自由运动时间，除以N0得到平均匀自由时间τ第43页，共70页，星期日