半导体的导电性课件.ppt

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1、1第四章半导体的导电性24.1半导体的导电原理34.1.1半导体导电的微观机理半导体在外电场作用下是否存在电流并不取决于单个电子的行为，而是取决于整个晶体中所有电子运动的总和。1、从能带的角度理解半导体导电性：满带:在外加电场的作用下，电子从第一布里渊区边界的一边流进,另一边流出。但由于电子的状态是波矢的周期函数,波函数在第一布里渊区边界两边的状态等价，总体上不呈现电流。44.1.1半导体导电的微观机理（a）E＝0不满带：对被电子部分填充的能带情况，电子对称地占据能量较低的状态，如下图(a)所示，没有外电场作用时不呈现出

2、电流。（b）E≠0当存在如下图(b)所示电场时，电子在能带中的分布发生变化，从而呈现出电流。54.1.1半导体导电的微观机理理想的半导体：无限大的、既没有杂质和缺陷也没有晶格振动和电子间的相互碰撞。当能带只是部分填充时，在外电场作用下，所有电子波矢以相同速率变化：从而使电子在布里渊区的分布不再对称，因而产生电流。理想的半导体的电阻为零：64.1.1半导体导电的微观机理实际晶体是不完整性，杂质、缺陷、晶格热振动将对电子产生散射，使电子重新趋于对称分布，电流变为零，即存在电阻。当外电场除去后，因为：电子在布里渊区的非对称分布

3、不再变化，从而电流将保持下去。也就是说，在外电场为零的情况下，电流仍不等于零。意味着电导率应为无穷大，电阻率应为零。74.1.1半导体导电的微观机理2、从晶格角度理解半导体的导电性：在一定温度下，共价键上的电子e挣脱了价键的束缚，进入到晶格空间中成为准自由电子，这个电子在外电场的作用下运动而形成电子电流．晶格中空穴和电子导电示意图在价键上的电子进入晶格后留下空穴，当这个空穴被电子重新填充后，会在另一位置产生新的空穴，这一过程即形成空穴电流。84.1.2半导体导电的宏观电流－欧姆定律的微分形式实验表明，在电场不太大时，半导

4、体中的电流与电压仍服从欧姆定律：电阻为ρ为半导体的电阻率，单位为Ω·m或Ω·cm单位西门子/米（S/m或S/cm)电流密度：--------欧姆定律的微分形式电导率94.1.2半导体导电的宏观电流－欧姆定律的微分形式若只考虑电子的运动,在dt时间内通过ds的电荷量就是A、B面间小柱体内的电子电量，即当电场作用于半导体时，电子获得一个和外电场反向的平均速度，用表示其大小，空穴则获得与电场同向的速度，用表示其大小。104.1.2半导体导电的宏观电流－欧姆定律的微分形式得电子对电流密度的贡献：同理，空穴对电流的贡献：同时考虑电

5、子和空穴的贡献时，总电流密度为：利用电流密度的定义：114.2载流子的漂移运动、迁移率及散射机构124.2.1漂移运动迁移率与电导率外电场作用下电子的漂移运动半导体中的载流子在电场作用下不断加速的同时，又不断地受到散射作用而改变其运动的方向或运动的速度，运动的总效果使其保持一定的定向运动速度，载流子的这种运动称漂移运动，这个速度称为平均漂移速度。载流子在外电场中的运动是热运动和漂移运动的叠加。134.2.1漂移运动迁移率与电导率μn和μp分别称为电子迁移率和空穴迁移率。物理意义：表示在单位场强下电子或空穴所获得的平均漂移

6、速度大小，单位为m2/V·s或cm2/V·s．根据欧姆定律微分形式，J跟E成正比，因此令:144.2.1漂移运动迁移率与电导率迁移率是半导体材料的重要参数，它表示电子或空穴在外电场作用下作漂移运动的难易程度。电子是脱离共价键成为准自由运动的电子，而空穴实际上是共价键上的电子在价键间的运动产生的效果，电子在价键间移动的速度小于准自由的电子的运动速度。μn和μp哪个大？μn>μp154.2.1漂移运动迁移率与电导率总漂移电流密度为：与欧姆定律微分形式比较得到半导体电导率表示式为：电子和空穴的漂移运动164.2.1漂移运动迁移

7、率与电导率对于p型半导体（p>>n），电导率为：对于本征半导体（n＝p＝ni），则电导率为：对于n型半导体（n>>p），电导率为174.2.2载流子的散射载流子散射的根本原因：周期性势场被破坏。晶格的周期性被破坏后，与周期性势场相比，存在一附加势场，使能带中的电子发生不同k状态间的跃迁，即遭到散射：184.2.2载流子的散射产生附加势场的原因电离杂质晶格振动位错载流子中性杂质空位194.2.2载流子的散射1）电离杂质散射----杂质电离产生库仑场电离杂质散射示意图（a）电离施主散射散射几率(Pi):描述散射的强弱，它表示

8、单位时间内一个载流子受到散射的次数。204.2.2载流子的散射电离杂质对载流子的散射概率:温度和杂质浓度与散射次数的关系4.2.2载流子的散射2）晶格振动散射224.2.2载流子的散射234.2.2载流子的散射室温下电子热运动速度约为105m/s,由hk=m*v可估计电子波波长约为：根据准动量守恒，声子动量应和电子动