半导体物理第四章01new

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1、第四章半导体的导电性前几章介绍了半导体的一些基本§4.1载流子的漂移运动迁移率概念和载流子的统计分布，还没有§4.2载流子的散射涉及到载流子的运动规律。本章主§4.３迁移率与杂质浓度和温度的关系要讨论载流子在外加电场作用下的§4.４电阻率与杂质浓度和温度的关系漂移运动，讨论半导体的迁移率、§4.5玻尔兹曼方程、电导率的统计理论电导率、电阻率随温度和杂质浓度的变化规律。§4.6强电场下的效应第四章011第四章012§4.1载流子的漂移运动迁移率为了了解迁移率的本质，着重讨论一个重要概念——载流子的散射概本节主要内容：念。由于严格的理论分析过于

2、繁•欧姆定律的微分表达式琐，本章主要限于定性地讨论载流子散射的物理本质，给出必要的结•漂移速度和迁移率论。此外，对强电场效应也进行一定的讨论。•半导体的电导率和迁移率第四章013第四章014以金属导体为例，在导体两端加¢电阻R与导体长度l成正比，与载以电压V，导体内就形成电流，电面积s成反比流强度为lVR=ρI=−(41)sR¢电阻率的倒数为电导率σ，即R为导体的电阻。这就是熟知的欧1姆定律。σ=ρ第四章015第四章0161¢对一段长为l截面积为s，电阻率为ρ的均对一均匀导体来说，电流密度和电流强度的匀导体，若在其两端加电压V，则导体内关系

3、为I部各处都建立起电场ε，如图4-1所示，电J=(46)−场强度大小sV可以得到ε=εlJ=σε(47)−上式仍表示欧姆定律，它把通过导体中某一点的电流密度和该处的电导率和电场强度直接联系起来，称为欧姆定律微分表达式第四章017第四章018§4.1载流子的漂移运动迁移率二.漂移速度和迁移率先以导体为例说明设在导体内任做一截面A，电流强度是一有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作导体秒钟内通过截面A的电量。在A面右方，距用，沿着电场的反方向作定向运动构成电流。电子在A面为vd×1处做一O面，则OA截面间的电电场作用下做定向运动称为漂移

4、运动。定向运动的速度称为漂移速度。子，在一秒钟内均能通过A面。设n为电子如以vd表示电子的平均漂移速度，以图4-1为例可用下浓度，则OA间电子数为vsd××1，乘以电子面方法求出电流密度和平均漂移速度间的关系。电量即为电流强度，所以ε1In=−×qvsd×第四章019第四章0110IJ=−(46)J=−σε(47)s¢由式(4-6)得到¢μ称为电子的迁移率，表示单位电场下电子的平均漂移速度，单位是m2/V.sJn=−qv(49)−dv¢因为电子带负电，所以d一般应和电场E反向，但习惯上迁移率只取正值，即由式(4-7)和式(4-9)可以看到，

5、当导体内部电场恒定时，电子应具有一个恒定不变的平均漂移速度。vd电场强度增大时，电流密度也相应地增大，因μ=−(411)ε而，平均漂移速度也随着电场强度的增大而增所以大，反之亦然。所以，平均漂移速度的大小与电场强度成正比，可以写为Jn=−qvn=qμε(412)−dJn=−qv=σε⇒v=μεd第四章01d11σ=nqμ(413)−第四章电导率和01迁移率之间的关系122三.半导体的电导率和迁移率实验发现，在电场强度不太大的情况下，半导体中的载流子在电场作但是，半导体中存在着两种载流用下的运动仍遵守欧姆定律，即式子，即带正电的空穴和带负电的

6、电(4-7)仍适用。子，而且载流子浓度又随着温度和J=−σε(47)掺杂的不同而不同，所以，它的导电机构要比导体复杂些。第四章0113第四章0114¢外电场作用下电子和空穴漂移运动及漂移电流导电的电子是在导带中，它们是脱离了共价键可以在半导体中自由运动的电子;而导电的空穴是在价带中，空穴电流实际上是代表了共价键上的电子在价键间运动时所产生的电流。第四章0115第四章0116显然，在相同电场作用下，两者平μ、μ均漂移速度不会相同，而且，导带¢如以np分别代表电子和空穴迁J、J电子平均漂移速度要大些，就是移率;np分别代表电子和空穴电流密度;n

7、,p分别代表电子和空穴浓说，电子迁移率与空穴迁移率不相等，前者要大些。度，则总电流密度J应为JJJn=+=(qpμ+qμε)(414)−npnp第四章0117第四章01183在电场强度不太大时，J与ε间仍遵¢对于两种载流子的浓度相差很悬殊而迁移守欧姆定律式(4-7)，两式相比较，率差别不太大的杂质半导体来说，主要取得到半导体的电导率σ为决于多数载流子。对于n型半导体，n>>p，空穴对电流的贡献可以忽略，电导率为σ=+()nqμμpq(4−15)npσ=nqμ(416)−n第四章0119第四章0120¢对于p型半导体，p>>n，电子对电流的贡

8、献¢对于本征半导体，n=p=ni,电导率为可以忽略，电导率为σ=nq()μμ+−(418)σ=−pqμ(417)inpp第四章0121第四章0122§4.2载流子的散射单位电场作