《关于半导体材料》PPT课件

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1、输运：载流子的净流动过程称为输运。两种基本输运体制：漂移运动、扩散运动。载流子的输运现象是最终确定半导体器件电流-电压特性的基础。假设：虽然输运过程中有电子和空穴的净流动，但是热平衡状态不会受到干扰。涵义：n、p、EF的关系没有变化。（输运过程中特定位置的载流子浓度不发生变化）热运动的速度远远超过漂移或扩散速度。（外加作用，转化为一个平均的统计的效果）第3章载流子输运现象§3.1载流子的漂移运动漂移电流密度：载流子在外加电场作用下的定向运动称为漂移运动，由载流子的漂移运动所形成的电流称为漂移电流。欧姆定律：IVR=V/Ils普通的欧姆定律不能表示出不同位置的电流分布电流密度：对

2、于一段长为l，截面面积为s，电阻率为ρ的均匀导体，若施加以电压V，则导体内建立均匀电场E，电场强度大小为：对于这一均匀导体，有电流密度：I将电流密度与该处的电导率以及电场强度联系起来，称为欧姆定律的微分形式漂移电流密度vEVA平均定向漂移速度单位电量载流子浓度一般说来，在弱场情况下，载流子的定向漂移速度与外加电场成正比，即：其中μ称作载流子的迁移率。因而有电导率和迁移率的关系：迁移率的定义表明：载流子的漂移速度与电场强度成正比。载流子的散射EF=eE+-真空极板间的电子做匀加速运动在恒定电场中，电子速度应当随时间不断增大，从而电流密度将无限增大？和欧姆定律矛盾？mgf质量较大的

3、物体会以更高的速度下落假设有一个斜坡（足够长），一块石头（圆的），不考虑摩擦作用，从坡顶滚下，则石头将作匀加速运动直至坡底。但若坡上生长了很多树木，石头在滚落过程中不时地会与这些树木相碰撞。碰撞改变了石头的速度大小和运动方向。则最终石头以平均的速度滚落山坡。没有考虑到石头自身运动的影响。碰撞方式不同载流子散射的概念载流子在半导体中运动时，不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生碰撞。用波的概念，即电子波在半导体中传播时遭到了散射。在实际晶体中，存在各种晶格缺陷，晶格本身也不断进行着热振动，它们使实际晶格势场偏离理想的周期势，这相当于在严格的周期势场上叠加了附加的势。这个

4、附加的势场作用于载流子，将改变载流子的运动状态，即引起载流子的“散射”。碰撞：载流子的散射；即载流子速度的改变。经典碰撞。实际的接触为碰撞。类比：堵车时，汽车的移动速度和方向，不断由于其它汽车的位置变化而变化。尽管没有实际接触，但由于阻碍车的存在，造成了汽车本身速度大小和方向的改变。这类似于载流子的散射，也即碰撞。半导体中电子和空穴的运动12341234电场E1234无外场条件下载流子的无规则热运动外场条件下空穴的热运动和定向运动外场条件下电子的热运动和定向运动晶格散射晶格原子振动以格波来描述。格波能量量子化，格波能量变化以声子为单位。电子和晶格之间的作用相当于电子和声子的碰撞

5、。EcEv晶格原子热振动导致势场的周期性遭到破坏，相当于增加了一个附加势理想晶格原子排列以一定模式振动的晶格原子电离杂质散射散射的影响热平衡情况散射使载流子的运动紊乱化。例如，假设某一时刻晶体中的某些载流子的速度具有某一相同的方向，在经过一段时间以后，由于碰撞，将使这些载流子的速度机会均等地分布在各个方向上。这里“紊乱化”是相对于“定向”而言的，与这些载流子具有沿某一方向的初始动量相比，散射使它们失去原有的定向运动动量，这种现象称为“动量驰豫”。在晶体中，载流子和晶格、缺陷之间的碰撞，进行得十分频繁，每秒大约发生1012—1013次，因此这种驰豫过程所需的时间仅约10-12—1

6、0-13秒，正是上述散射过程导致平衡分布的确定，在平衡分布中，载流子的总动量为零，在晶体中不存在电流。有外场的情况在晶体中存在电场时，电场的作用在于使载流子获得沿电场方向的动量（定向运动动量），每个载流子单位时间内由电场获得的定向运动动量为eE，但是由于散射，载流子的动量不会像在理想晶体中那样一直增加；它们一方面由电场获得定向运动动量，但另一方面又通过碰撞失去定向运动动量，在一定的电场强度下，平均来说，最终载流子只能保持确定的定向运动动量，这时，载流子由电场获得定向运动动量的速率与通过碰撞失去定向运动动量的速度保持平衡。此时晶体中的载流子将在无规则热运动的基础上叠加一定的定向运

7、动。我们用有效质量来描述空穴的加速度与外力（电场力）之间的关系v表示电场作用下的粒子速度（漂移速度，不包括热运动速度）。假设粒子的初始速度为0，则可以积分得到：用гcp来表示在两次碰撞之间的平均漂移时间。则在弱场下，电场所导致的定向漂移速度和热运动速度相比很小（~1%），因而加外场后空穴的平均漂移时间并没有明显变化。利用用平均漂移时间，可求得平均最大漂移速度为：1234电场E1234因而空穴迁移率可表示为：同理，电子的平均漂移速度为：根据迁移率和速度以及电场的关系，知道：可以看到迁移率与有效