《半导体的导电性》PPT课件

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1、本章内容提要载流子漂移，迁移率载流子的散射迁移率/电阻率Vs杂质浓度/温度强、弱电场效应多能谷散射及耿氏效应4半导体的导电性Chapter1:半导体中电子运动的基本特征和能量状态→载流子具有类似于自由荷电粒子的性质Chapter2:在平衡状态下，两种载流子浓度与半导体结构、所含杂质以及温度的关系Chapter3:在电场作用下，半导体中载流子运动所引起的一些主要现象及运动规律实际半导体器件总是工作在一定的外部条件（如电场、磁场、….）载流子在外加电场作用下的漂移运动(包括与其相联系的材料的主要参数如迁移率、电导率、电阻率等

2、)，并讨论影响这些参数的因素。散射（晶格振动、杂质、晶格畸变）4.1载流子的漂移运动和迁移率无外加电场作用时：载流子热运动是无规则的，运动速度各向同性，不引起宏观迁移，从而不会产生电流。外加电场作用时：载流子沿电场方向的速度分量比其它方向大，将会引起载流子的宏观迁移，从而形成电流。漂移运动：由电场作用而产生的、沿电场力方向的运动（电子和空穴漂移运动方向相反）。漂移速度：定向运动的速度。漂移电流：载流子的漂移运动所引起的电流。1.欧姆定律均匀导体，

3、E

4、=V/lJ=I/s物理意义：导体中某点的电流密度正比于该点的电场强度，

5、比例系数为电导率。欧姆定律的微分形式欧姆定律电流分布不均匀电流密度（垂直于电流方向的单位面积的电流）电流密度与平均漂移速度关系2.漂移速度（driftvelocity）和迁移率（mobility）E,J,电子平均漂移速度越大，n不随电场变化，为一常数，通常用正值μ表示其比例系数，称为迁移率意义：单位场强下电子的平均漂移速度,单位是m2/V·s或者cm2/V·s电子漂移电流密度J=-nqvd欧姆定律微分形式反映了外电场作用下漂移运动的难易程度不同半导体材料，μn、μp不同即使是同一种材料中，μn和μp也不同，一般来说μn>

6、μp3.半导体的电导率和迁移率E不太大时，半导体中的载流子仍满足欧姆定律但半导体有两种载流子：电子和空穴，且其浓度与温度和掺杂有关。电子、空穴的漂移电流半导体中的导电作用为电子导电与空穴导电的总和导电的导带电子：脱离了共价键在半导体中自由运动的电子导电的价带空穴：代表共价键上的电子在价键间运动故在同一场强下，，因此，半导体总电流密度为：J=Jn+Jp电场不太强时，漂移电流遵从欧姆定律对于两种载流子浓度相差很大的半导体来说，其电导率取决于多数载流子n型半导体：p型半导体：混合型：本征半导体：4.2载流子的散射（Scatte

7、ring）favdn增加Jn=-nqvdnJn增加？载流子热运动原子热振动杂质缺陷晶体有限尺寸带来的界面Jn恒定恒定E实际晶体载流子热运动示意图外电场作用下电子的漂移运动载流子散射：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。平均自由程：载流子连续两次散射间自由运动的平均路程平均自由时间：连续两次散射间的平均时间1电离杂质散射电离的杂质在它的周围邻近地区形成库仑场，该库仑场局部地破坏了杂质附近的周期性势场，使载流子发生散射电离施主杂质散射电

8、离受主杂质散射电离杂质散射示意图4.2.1.半导体的主要散射机构Ni越大，载流子被散射的几率越大T，载流子平均速度越大，可以更快的掠过杂质离子，偏转越小，越不容易被散射散射概率：单位时间内一个载流子受到散射的次数，用P表示电离杂质的散射几率Pi与温度T和电离杂质浓度Ni的关系：2晶格振动散射（1）声学波和光学波格波：晶格中原子的振动由若干不同的基本波动按照波的叠加原理组合而成，这些基本的波动称为格波。格波的波矢q=2/,方向为格波的传播方向。一个晶体中具有同样q的格波不止一个，其数目取决于原胞中的原子数。原胞中有一个

9、原子，则对应于每个q有3个格波。原胞中有两个原子，则对应于每个q有6个格波。锗、硅及化合物半导体，原胞中大多含有两个原子，每个q有6个格波金刚石晶格振动沿[110]传播的格波频率与波矢的关系6个格波（同一q）声学波：相邻两个原子的振动方向相同（一纵两横）光学波：相邻两个原子的振动方向相反（一纵两横）纵波：原子位移方向与波传播方向平行原子平衡位置横波：原子位移方向与波传播方向垂直原胞中两个不同的原子声学波与光学波频率不同原胞中两原子沿同一方向振动，长波代表原胞质心的振动原胞中两原子振动方向相反，长波原胞质心不动可以把量子数

10、为n的格波看成是n个属于这一格波的声子电子在晶体中被散射的过程可以看作是电子和声子的“碰撞”过程晶格振荡对载流子的散射，应归结到各种格波对电子的散射格波的能量是量子化的：→声子（能量为的量子）电子与声子的碰撞遵守准动量守恒和能量守恒散射前，电子的波矢为k，能量为E；散射后，电子的波矢为k＇，能量为E＇；声子的波矢为q