杂质半导体载流子浓度6载流子的浓度课件.ppt

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1、第一篇半导体物理基础7载流子的输运1绪论2晶体结构3半导体中的电子状态4半导体中杂质和缺陷能级5载流子6载流子的浓度在一定温度下，载流子产生和复合的过程建立起动态平衡，即单位时间内产生的电子-空穴对数等于复合掉的电子-空穴对数，称为热平衡状态。这时，半导体中的导电电子浓度和空穴浓度都保持一个稳定的数值。处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。热平衡状态6载流子的浓度为了分析准自由电子和空穴的浓度，引入了：状态密度费米-狄拉克分布规律（1）电子的统计分布规律6载流子的浓度导带和价带是准连续的，定义单位能量间隔内的量子态数为状态密度。6载流子的浓度状态密度K的取值点分布k空间上k

2、取值点密度：根据周期性边界条件，k空间中电子的每个k的代表点（kx，ky，kz）由整数组（nx，ny，nz）决定。由此，可知k取值点密度为V。则电子在k空间中的量子态密度是2×V。06载流子的浓度假设导带底在k=0处，且(a)球形等能面情况则量子态数：导带底状态密度：同理，可推得价带顶状态密度：状态密度6载流子的浓度则，其中(b)旋转椭球等能面情况若导带底的状态有s个mdn被称为导带底电子态密度有效质量。s(Si)=6,s(Ge)=4同理状态密度费米-狄拉克分布6载流子的浓度电子遵循费米-狄拉克（Fermi-Dirac）统计分布规律。能量为E的一个独立的电子态被一个电子占据的几率为：E

3、F是决定电子在各能级上的统计分布的一个基本物理参量。系统粒子数守恒：∑f（Ei）=N空穴的费米分布函数？费米-狄拉克分布6载流子的浓度处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级。费米能级是量子态基本上被电子占据或基本上是空的一个标志。时在热力学温度为0度时，费米能级可看成量子态是否被电子占据的一个界限。时6载流子的浓度波耳兹曼分布当E-EF>>k0T时，此时可将费米分布简化成波耳兹蔓分布。波耳兹蔓分布：6载流子的浓度在导带上的间有个电子；从导带底到导带顶对进行积分，得到能带中的电子总数，除以半导体体积，就得到了导带中的电子浓度（2）导带中的电子浓度6载流子的浓度（2）导带中的电子浓度6载

4、流子的浓度（2）导带中的电子浓度导带宽度的典型值一般，，所以，因此，，积分上限改为并不影响结果。由此可得导带中电子浓度为6载流子的浓度（3）价带中的空穴浓度热平衡状态下的非简并半导体中，在一定的温度下，乘积是一定的，如果电子浓度增大，空穴浓度就会减小；反之亦然。6载流子的浓度本征半导体无任何杂质和缺陷的半导体（4）本征半导体载流子浓度6载流子的浓度杂质能级只能是下面两种情况之一被一个有任一自旋方向的电子占据不接受电子(5)杂质半导体载流子浓度6载流子的浓度施主能级上的电子浓度（没电离的施主浓度）受主能级上的电子浓度（没电离的受主浓度）(5)杂质半导体载流子浓度6载流子的浓度(5)杂质半

5、导体载流子浓度电离施主浓度电离受主浓度6载流子的浓度本征半导体时，(5)杂质半导体载流子浓度6载流子的浓度对掺杂半导体，(5)杂质半导体载流子浓度