半導(dǎo)體載流子濃度講課講稿.ppt

《半導(dǎo)體載流子濃度講課講稿.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、半導(dǎo)體載流子濃度載流子濃度求解思路費(fèi)米分布函數(shù)（退化為玻耳茲曼分布）。已解決！！單位體積態(tài)密度函數(shù)g(E)？kEEgEC單位體積dE能量區(qū)間量子態(tài)數(shù)單位體積dE區(qū)間電子數(shù)導(dǎo)帶電子濃度2導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂能態(tài)密度半導(dǎo)體中載流子主要集中在導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂附近，采用自由電子近似，能譜：導(dǎo)帶底：價(jià)帶頂：mn*為導(dǎo)帶底電子有效質(zhì)量；mp*為價(jià)帶頂空穴有效質(zhì)量。導(dǎo)帶底能態(tài)密度：?jiǎn)挝惑w積導(dǎo)帶底能態(tài)密度：?jiǎn)挝惑w積價(jià)帶頂能態(tài)密度：3導(dǎo)帶電子濃度導(dǎo)帶電子占據(jù)幾率隨能量E的增大按玻耳茲曼規(guī)律迅速減少，主要集中在導(dǎo)帶底附近，故其濃度可表示為：令：Gc稱為導(dǎo)帶底的有效能態(tài)密度。導(dǎo)帶電子

2、濃度：在熱平衡情況下，系統(tǒng)費(fèi)米能級(jí)愈高，溫度愈高，則導(dǎo)帶中的電子濃度就愈高。*Gc意義：如果所有導(dǎo)帶電子集中在導(dǎo)帶底Ec，則其狀態(tài)密度應(yīng)為Gc。例Si，300K下，Gc=2.86?1019cm-3。4價(jià)帶空穴濃度定義價(jià)帶頂有效狀態(tài)密度Gv：則價(jià)帶空穴濃度：系統(tǒng)費(fèi)米能級(jí)愈低，溫度愈高，則價(jià)帶中的空穴濃度就愈高。*Gv意義：如果將所有空穴集中在價(jià)帶頂，其狀態(tài)密度應(yīng)為Gv。例Si，300K下，Gv=2.66?1019cm-3。5討論I以上電子和空穴濃度表達(dá)式對(duì)本征和非本征半導(dǎo)體均適用。影響電子和空穴濃度的因素：材料類型；溫度；費(fèi)米能級(jí)。溫度越高，空穴和電子濃度

3、越大。------熱激發(fā)。費(fèi)米能級(jí)越高，電子濃度越大，空穴濃度越小。反之亦然。費(fèi)米能級(jí)待確定------依賴摻雜雜質(zhì)濃度和類型。6討論II熱平衡態(tài)下，載流子濃度乘積只依賴溫度而與費(fèi)米能無(wú)關(guān)。------質(zhì)量作用定律。換句話說(shuō)，一定溫度下，電子和空穴的濃度乘積只與材料類型有關(guān)，而與是否摻雜無(wú)關(guān)。帶隙越小，乘積越大。本征或非本征半導(dǎo)體，質(zhì)量作用定律同樣適用。本征半導(dǎo)體，n=p；N型半導(dǎo)體，施主摻雜使n增大，p減小，n>p。P型半導(dǎo)體，受主摻雜使p增大，n減小，p>n。7本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)本征激發(fā)：價(jià)帶電子直接激發(fā)到導(dǎo)帶產(chǎn)生載流子(電子和空穴）。本征激發(fā)過(guò)程中

4、的電中性條件：本征半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)（稱為本征費(fèi)米能級(jí)，Ei）：導(dǎo)帶價(jià)帶EgEi本征費(fèi)米能級(jí)Ei非?？拷麕е醒搿ｋS溫度改變。本征費(fèi)米能級(jí)Ei為材料基本參數(shù)。8本征半導(dǎo)體載流子濃度本征半導(dǎo)體載流子濃度：簡(jiǎn)稱本征載流子濃度ni。材料禁帶寬度越小，本征載流子濃度越大。溫度升高，ni越大。本征載流子濃度ni同樣為材料基本常數(shù)（當(dāng)然需指明溫度）。如室溫下，Si：ni=9.65?109cm-3；GaAs：ni=2.25?106cm-3。9雜質(zhì)激發(fā)：施主能級(jí)電子激發(fā)至導(dǎo)帶或受主能級(jí)空穴激發(fā)至價(jià)帶。N型半導(dǎo)體載流子濃度設(shè)N型半導(dǎo)體，施主能級(jí)位置為ED，施主濃度為ND，受主

5、濃度NA=0。在足夠低的溫度下，載流子將主要是由施主激發(fā)到導(dǎo)帶的電子。用n代表導(dǎo)帶電子濃度，則電中性條件為：nD為施主能級(jí)上電子濃度，同樣滿足費(fèi)米分布：10上兩式消去eEF/kBT，可得：其中EI=Ec?ED代表導(dǎo)帶底與施主能級(jí)之間的能量差，即施主的電離能。上式可求出導(dǎo)帶電子濃度：低溫弱電離區(qū)溫度很低的情況下，電子濃度隨溫度升高指數(shù)增加---施主隨溫度升高逐漸電離。11高溫完全電離區(qū)由于Gc與T3/2成正比，當(dāng)溫度足夠高，則有：導(dǎo)帶電子數(shù)將接近于施主數(shù)，即施主幾乎完全電離。根據(jù)電中性條件：n=ND-nD。一般施主雜質(zhì)電離能較低，溫度足夠高時(shí)，施主完全電離

6、，nD=0，顯然有n=ND。(這里忽略本征激發(fā)影響，過(guò)高溫度時(shí)影響顯著。）12N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)完全電離情況：導(dǎo)帶電子濃度一般表達(dá)式：EFEcEvn型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)接近導(dǎo)帶底。溫度升高，費(fèi)米能級(jí)向Ei靠近。Ei13P型半導(dǎo)體載流子濃度和費(fèi)米能級(jí)低溫弱電離區(qū)：高溫完全電離區(qū)：EFEiEcEvp型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)接近價(jià)帶底。P型半導(dǎo)體，受主濃度為NA。14小結(jié)EFEcEvn型半導(dǎo)體EFEcEvp型半導(dǎo)體EFEcEv本征半導(dǎo)體普適公式1516當(dāng)NA>ND，p型，pp=NA-ND，np=ni2/(NA-ND)當(dāng)ND>NA，n型，nn=ND-NA，pn=ni2/(N

7、D-NA)雜質(zhì)的補(bǔ)償作用當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部同時(shí)存在施主和受主時(shí)，完全電離且︱NA-ND︱遠(yuǎn)大于本征載流子濃度ni時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度：較高濃度的雜質(zhì)決定半導(dǎo)體的傳導(dǎo)類型17此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！感謝您的支持，我們努力做得更好！謝謝