The Semiconductor in Equilibrium 1.pdf

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1、Chapter4TheSemiconductorinEquilibrium4.1.1EquilibriumDistributionofElectronsandHolesThedistribution(withrespecttoenergy)ofelectronintheconductionbandisgivenbythedensityofallowedquantumstatestimestheprobabilitythatastateisoccupiedbyanelectron.Thisstatementiswritten

2、inequationformsasn(E)g(E)f(E)cF在晶體內，電子願意填入在晶體內俱有能量在晶體內俱有能該能量E之狀態的機率E的電子數之濃度量E的狀態數目分佈密度電子願意填入該能量E之狀態的機學生願意上9F坐座位的機率由學生率由費米迪拉克機率關係式決定。的心情關係式決定BuildingEElectronStudentQuantumstateSit……E3eVF3……E2eVF2……E1eV1F如同)E(ngf)E()E(cF9F會有多少學生9F會有多少座位學生願意上9F坐座位的機率同理，對於電洞而言Si

3、milarly,thedistribution(withrespecttoenergy)ofholeinthevalencebandisthedensityofallowedquantumstatesinthevalencebandmultipliedbytheprobabilitythatastateisnotoccupiedbyanelectron.Wemayexpressthisas)E(pgf-1)E()E(F在晶體內俱有能量E的電洞數之濃度分佈在晶體內俱有能在晶體內，沒有電子填入該能量E之狀態的機率量E的

4、狀態數目密度擁有最多電子數目的能階不是E而是比E高一些的能階，同理，擁有最多電洞cc數目的能階不是E而是比E低一些的能階4.1.2ThenandpEquationsoonisthethermal-equilibriumelectronconcentrationinoconductionband:moveableelectronnumberperunitcrystalvolume.thermal-equilibriumelectronconcentration(濃度:單位體積內的粒子數)。n=晶體內，單位體積，熱平衡，沒

5、有外接電池時，在導帶o的電子數目。Similarly,pisthethermal-equilibriumholeconcentrationinovalenceband:moveableholenumberperunitcrystalvolume.同理，p=晶體內，單位體積，熱平衡，沒有外接電池時，o在價帶的電洞數目。42/31nogc)E(fF)E(dE32mnEEcdEEcEch1expE-EFkT在導帶有多少電子？2/32mkT-(E-E)nBCFexp2

6、hkBTBoltzmann'sconsatntWemaydefineaparameterNasc2/32mkT定義一個常數，這個常數與材料的溫nBNch2度及電子的等效質量有關。-(EC-EF)溫度越高，在conductionband可noNcexpkT移動的自由電子數目越多Similarly,2/3Epg)E(1f)E(dE2mpkBT-(EF-E)oFexph2kTB同理，在價帶有多少電洞？anddefineNas2/

7、3定義一個常數，這個常數與材料的溫2mkTpBN度及電洞的等效質量有關。h2溫度越高，在valanceband可移動的自由電洞數目越多-(EF-E)poNexpkT4.1.3TheIntrinsicCarrierConcentration本質材料(只有一種材料沒有摻雜質)的可移動載子濃度Foranintrinsicsemiconductor(本質半導體),theconcentrationofelectronintheconductionbandisequaltotheconce

8、ntrationofholesinthevalenceband,thus,n=pii本質材料就是只有一種材料，沒有摻雜質。本質材料導帶的電子與價帶的電洞數目一定相同。因為價帶一個電子躍遷到導帶才會在價帶留下一個電洞，因此在本質材料中，電子與電洞一定是配對產生的。n=本質半導體中，在導帶的電子濃度。ip=