載流子濃度和電導(dǎo)率

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1、二、本征載流子濃度及影響因素本征載流子濃度ni2.影響ni的因素(1)mdn、mdp、Eg——材料(2)T的影響T↑，lnT↑，1/T↓，ni↑高溫時，在lnni～1/T坐標(biāo)下，近似為一直線。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度積與ni關(guān)系強(qiáng)調(diào)：不僅適用于本征半導(dǎo)體材料，也適用于非簡并的雜質(zhì)半導(dǎo)體材料。在常溫下，已知施主濃度ND，并且全部電離，求導(dǎo)帶電子濃度no和價帶空穴濃度po∵施主全部電離∴no=NDn型半導(dǎo)體應(yīng)用在常溫下，已知受主濃度NA，并且全部電離，求導(dǎo)帶電子濃度no和價帶空穴濃度po∵受主全部電離∴po=NAP型半導(dǎo)體三、本征半導(dǎo)體在應(yīng)用上的限制●純度達(dá)不到本征激發(fā)是載流子的主要來源（雜質(zhì)原子

2、/總原子＜＜本征載流子/總原子）Si：原子密度1023/cm3，室溫時，ni=1010/cm3本征載流子/總原子=1010/1023=10-13＞雜質(zhì)原子/總原子要求Si的純度必須高于99.9999999999999%！●本征載流子濃度隨溫度變化很大在室溫附近：Si:T↑，8Kni↑一倍Ge:T↑，12Kni↑一倍●本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率不能控制四、雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級帶電粒子有：電子、空穴、電離的施主和電離的受主電中性條件（平衡條件下）：p-n-NA－+ND+=0假設(shè)參雜原子全部電離，上式變?yōu)椋簆-n-NA+ND=0由np乘積關(guān)系可得解得討論：（1）本征半導(dǎo)體（2）摻雜半導(dǎo)體（ND-N

3、A>>ni或NA-ND>>ni）（3）摻雜半導(dǎo)體（ND-NA<

4、T=300K和600K，分別求解：T=300K時，ni=1.5×1010/cm3＜＜NA材料處于飽和電離區(qū)po=NA=1016/cm3或：600K時，ni=8×1015/cm3材料處于過渡區(qū)五、簡并半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級雜質(zhì)能帶：在簡并半導(dǎo)體中，雜質(zhì)濃度高，導(dǎo)致雜質(zhì)原子之間電子波函數(shù)發(fā)生交疊，使孤立的雜質(zhì)能級擴(kuò)展為雜質(zhì)能帶。簡并半導(dǎo)體為重?fù)诫s半導(dǎo)體重?fù)诫s：當(dāng)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度超過一定數(shù)量時，載流子開始簡并化的現(xiàn)象叫?。雜質(zhì)帶導(dǎo)電：雜質(zhì)能帶中的電子通過在雜質(zhì)原子之間的共有化運(yùn)動參加導(dǎo)電的現(xiàn)象。禁帶變窄效應(yīng)：重?fù)诫s時，雜質(zhì)能帶進(jìn)入導(dǎo)帶或價帶，形成新的簡并能帶，簡并能帶的尾部深入到禁帶中，稱為帶尾，從而

5、導(dǎo)致禁帶寬度變窄。導(dǎo)帶Eg施主能級價帶施主能帶本征導(dǎo)帶簡并導(dǎo)帶能帶邊沿尾部EgE′g價帶簡并：△ED→0，Eg→Eg＇禁帶變窄●施主能級分裂成能帶；●導(dǎo)帶=本征導(dǎo)帶+雜質(zhì)能帶●在EC附近，gC(E)明顯增加●雜質(zhì)上的電子直接參與導(dǎo)電●電子占據(jù)量子態(tài)的幾率：費(fèi)米分布函數(shù)●能量狀態(tài)密度：導(dǎo)帶：gC(E)∝E1/2價帶：gV(E)∝-E1/2第三章小結(jié)●載流子濃度：導(dǎo)帶電子濃度：價帶空穴濃度：濃度積：●本征半導(dǎo)體：●雜質(zhì)半導(dǎo)體(雜質(zhì)原子全部電離)：半導(dǎo)體中的導(dǎo)電性第三章載流子輸運(yùn)●載流子的漂移運(yùn)動和遷移率●遷移率和電導(dǎo)率隨溫度和雜質(zhì)濃度的變化§4.1載流子的漂移運(yùn)動和遷移率一、漂移運(yùn)動和漂移速度外加

6、電壓時，半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子受到電場力的作用，作定向運(yùn)動形成電流。漂移運(yùn)動：載流子在電場力作用下的運(yùn)動。漂移速度：載流子定向漂移運(yùn)動的速度。E外電場作用下電子的漂移運(yùn)動二、歐姆定律金屬：—電子半導(dǎo)體：—電子、空穴微分形式電流密度J（A/m2):通過垂直于電流方向的單位面積的電流。E為電場強(qiáng)度電流I(A):單位時間內(nèi)通過垂直于電流方向的某一面積的電量。三、電導(dǎo)率?的表達(dá)式設(shè)：Vdn和Vdp分別為電子和空穴的平均漂移速度。以柱形n型半導(dǎo)體為例，分析半導(dǎo)體的電導(dǎo)現(xiàn)象ds表示A處與電流垂直的小面積元，小柱體的高為Vdndt在dt時間內(nèi)通過ds的截面電荷量，就是A、B面間小柱體內(nèi)的電子電荷量，即AVdnd

7、tBdsVdn其中n是電子濃度，q是電子電荷電子漂移的電流密度Jn為在電場不太強(qiáng)時，漂移電流遵守歐姆定律，即其中σ為材料的電導(dǎo)率E恒定，Vdn恒定E?,J?,Vdn?平均漂移速度的大小與電場強(qiáng)度成正比，其比值稱為電子遷移率。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以Vdn一般應(yīng)和E反向，習(xí)慣上遷移率只取正值，即上式為電導(dǎo)率和遷移率的關(guān)系單位場強(qiáng)下電子的平均漂移速度對于空穴，有：μn和μp分別稱為電子和空穴遷移率，單位為