高二物理竞赛课件：电中性条件

《高二物理竞赛课件：电中性条件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

电中性条件：

1仅掺受主的P型半导体同理推出仅掺受主的P型半导体中空穴浓度：其中：同时掺施主和受主的半导体根据电中性条件：当ND>NA时，受主能级全部电离NA-=NA，空穴很少，n+NA≈ND+

2温度较低，杂质电离很弱，电子浓度很低。温度升高，杂质较多电离，电子浓度迅速增加。温度继续升高，杂质全部电离，多数载流子浓度随温度基本不变。（饱和区）不同掺杂浓度饱和温区的范围不同。温度继续升高，本征激发占主导地位。

3导出电子浓度：少子空穴浓度由p=ni2/n求出。同理，当ND

4【例】N型Si，施主掺杂浓度ND=1.5×1014cm-3，试分别计算温度在300k和500k时电子和空穴的浓度和费米能级的位置。设温度在300k和500k时的本征载流子浓度分别为ni=1.5×1010cm-3和ni=2.6×1014cm-3。空穴浓度：p=ni2/n费米能级：解出：空穴浓度：p=ni2/n费米能级：

5【例】N型Si，施主掺杂浓度ND=2×1014cm-3，受主浓度NA=1×1014cm-3，T=300K时，Nc=2.8×1019cm-3，试计算温度在100k时电子浓度和费米能级的位置及施主杂质的电离率。设ΔED=EC-ED=0.05eV。解（1）ND>NA，所以其中：由于：所以T=100K时：代入后求出n：（2）求出EC-EF

6空带满带施主能级Eg施主能级位于导带底下方，施主能级被电子占据的概率大于导带中的能级。当ND的量级接近NC时，施主能级上的电子占有率不会很低，杂质不可能充分电离。平衡态下高能级电子占有率不能高于低能级。

7击穿现象中，电流增大的基本原因不是由于迁移率的增大，而是由于载流子数目的增加。

8

9

10PN结加反向电压，势垒区能带发生倾斜。偏压越大，势垒区内建电场增大，能带越倾斜。P区价带中的A点和N区导带的B点能量相同，A点与B点之间隔着水平距离为∆x的禁带。随着反向偏压的增大，势垒区内的电场增强，能带更加倾斜，∆x变短。反向偏压增大到一定数值，∆x小到一定程度时，根据量子力学，P区价带中的电子将通过隧道效应穿过禁带而达到N区导带中。

11浓度较低时，反向偏压大时，势垒宽度增大，隧道长度变长，不利于隧道击穿，但却有利于雪崩倍增效应。杂质浓度较高的情况下，通过调节反向偏压，隧穿机制有可能雪崩击穿和隧道击穿共存。

12

13作业：2.一个PN结二极管作为压控电容（变容器）使用，在反向偏压电压为2V时，它的可变电容为200pF，试问需要加多达的反偏置电压，才能使它的电容减少到100pF？假设接触电位是0.85V。1.由电阻率为1Ωcm的P型Ge和0.1Ωcm的n型Ge半导体组成一个PN结，计算在室温（300K）时内建电势VD和势垒宽度xD，已知在上述电阻率下，P区的空穴迁移率μp=1650cm2/Vs，n区电子迁移率为μn=3000cm2/Vs，Ge的本征载流子浓度为ni=2.51013/cm3。真空介电常数为ε0=8.8510-12F/m,εs=16。