半导体物理学.ppt

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1、第四章半导体的导电性Electricalconductionofsemiconductors杨少林重点：迁移率(Mobility)散射(Scatteringmechanisms)——影响迁移率的本质因素弱电场下电导率的统计理论ThedriftmotionofCarrier,Mobility§4.1载流子的漂移运动迁移率ThedriftmotionofCarrier,Mobility漂移运动扩散运动迁移率重点ThedriftmotionofCarrier,MobilityThedriftmotiono

2、fCarrier,Mobility4.1.1欧姆定律4.1.2漂移速率和迁移率表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。它是表示半导体电迁移能力的重要参数。迁移率ThedriftmotionofCarrier,Mobility4.1.3半导体的电导率和迁移率在一块半导体两端加电压，半导体内部形成电场电子反电场方向漂移，空穴沿电场方向漂移半导体导电作用是电子和空穴导电的总和电子迁移率与空穴迁移率不同，前者大ThedriftmotionofCarrier,Mobility对一般半导体Thedriftmotion

3、ofCarrier,MobilityN型半导体P型半导体本征半导体ThedriftmotionofCarrier,Mobility§4.2载流子的散射TheScatteringofCarriers4.2.1载流子散射的概念载流子散射（1）载流子的热运动自由程：相邻两次散射之间自由运动的路程。TheScatteringofCarriers平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程。（2）载流子的漂移运动载流子在电场作用下不断加速理想情况（无散射）TheScatteringofCarriers在外电场作用下

4、，实际上，载流子的运动是：热运动+漂移运动单位时间内一个载流子被散射的次数电流散射几率PTheScatteringofCarriers4.2.2半导体的主要散射机构电离杂质散射晶格振动散射等同能谷间的散射中性杂质散射位错散射合金散射载流子与载流子间的散射TheScatteringofCarriers电离杂质散射（即库仑散射）散射几率Pi∝NiT-3/2（Ni：为杂质浓度总和）散射的原因：附加势场的存在晶格振动散射有N个原胞的晶体有N个格波波矢q一个q=3支光学波(高频)+3支声学波(低频)振动方式:3个光

5、学波=1个纵波+2个横波3个声学波=1个纵波+2个横波格波的能量效应以hνa为单元声子TheScatteringofCarriers格波的能量根据玻耳兹曼统计理论，温度为T时，频率为υa的格波的平均能量平均声子数TheScatteringofCarriers电子与声子的碰撞遵循两大守恒法则准动量守恒能量守恒长声学波弹性散射光学波非弹性散射TheScatteringofCarriersa、声学波散射：在长声学波中，纵波对散射起主要作用，通过体变产生附加势场。Ps∝T3/2举例：Ge、Sib、光学波散射：正负

6、离子的振动位移产生附加势场。举例：GaAsTheScatteringofCarriers其它散射机构（1）等同能谷间散射——高温下显著谷间散射电子在等同能谷中从一个极值附近散射到另一个极值附近的散射。g散射：同一坐标轴能谷间散射f散射：不同坐标轴能谷间散射TheScatteringofCarriers（2）中性杂质散射——在低温下重掺杂半导体中发生.（3）位错散射——位错密度>104cm-2时发生，具有各向异性（4）合金散射——同族原子的随机排列（5）载流子与载流子间的散射——在强简并下发生TheScat

7、teringofCarriers§4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系TemperatureDependenceofImpurityConcentrationandMobility4.3.2电导率、迁移率与平均自由时间的关系TemperatureDependenceofImpurityConcentrationandMobilityTemperatureDependenceofImpurityConcentrationandMobilityTemperatureDependenceofImpurityCon

8、centrationandMobility等能面为旋转椭球面的多极值半导体椭球长轴方向沿<100>，有效质量分别为TemperatureDependenceofImpurityConcentrationandMobility电离杂质散射声学波散射光学波散射总的散射概率平均自由时间为4.3.3迁移率与杂质和温度的关系对掺杂的锗、硅等原子半导体，主要的散射机构为声学波散射和电离杂质散射，有：对三－五族化合物，硅中电子和空穴迁移率与