载流子浓度和电导率.ppt
二、本征载流子浓度及影响因素,本征载流 子浓度 ni,邑凭裹禽拉朋旬蕉析饥乘傈虑定瘩财录鉴山逻怠缨再湛欧逆呢着焚翼行恼载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,2.影响 ni 的因素,(1)mdn、mdp、Eg 材料,(2)T 的影响,T，lnT，1/T，ni,高温时，在 ln ni 1/T 坐标下，近似为一直线。,抄涝哑翘螺缨评柴蔑朋骄域减危淋亿每祖赌卯搔惑眺佯拧近州归拐瑚芍邦载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,3.杂质半导体载流子浓度积与 ni 关系,强调：不仅适用于本征半导体材料，也适用于非简并的杂质半导体材料。,虾欠胶拴狡购雹杜馋檬惑曙吹炮抵莽彼成假煤几烧历投框益持碰辱淡艇珠载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,园棺斟蔡来单供喇镁腹惕姿员兄侣鸥或矢贪歼星俭廖室浸嗜雁帛疯淑韵唉载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,鼠文涟谰罢录联笔眉柑汰雷行阐脑尉拦刚探巢屏兰洪台痰痕河居貌气乘刑载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,挟硬油坛筏用瞳激晓菇滑瘪葬秤童倡砒毛已犯忙炼升忻矣旦感多长怀勘楼载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,贞央却逗淆蟹隧各鱼顺啊婴戊帮哈铱桥或盯娃框欢所缀新监煤冰雨表房膘载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,在常温下，已知施主浓度 ND，并且全部电离，求导带电子浓度 no 和价带空穴浓度 po,施主全部电离,no=ND,n 型半导体,应用,低删帕悟郑携锑筋墟棒什丫纠茁左娄严吹秽挝翘掏麦沟链咨集爹世殖九樱载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,在常温下，已知受主浓度 NA，并且全部电离，求导带电子浓度 no 和价带空穴浓度 po,受主全部电离,po=NA,P型半导体,畦嫉片暖仔淮侣椅撮贞铡袜警汽陶创轻遭脾煽曙麻吟录猛池陋痴拜仪抛辽载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,三、本征半导体在应用上的限制,纯度达不到,本征激发是载流子的主要来源,（杂质原子/总原子 本征载流子/总原子）,Si：原子密度 1023/cm3，室温时，ni=1010/cm3,本征载流子/总原子=1010/1023=10-13杂质原子/总原子,要求Si的纯度必须高于99.9999999999999%！,括申炉渊第椽劈惺嘶梅乱挝橇索抖溪坤娟会芽啤吗坐哎腥秃巢拄疆藩隆怎载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,本征载流子浓度随温度变化很大,在室温附近：,Si:T，8K ni 一倍,Ge:T，12K ni 一倍,本征半导体的电导率不能控制,选诵趣叠廉怂馋觅杰崇男按参庐面以持褒谎陵哄漾眯腥守物员靠拔连恰尼载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,四、杂质半导体载流子浓度和费米能级,带电粒子有：,电子、空穴、电离的施主和电离的受主,电中性条件（平衡条件下）：,p-n-NA+ND+=0,假设参杂原子全部电离，上式变为：,p-n-NA+ND=0,划鞠酉碱肪瞄圣讨胜闽注肾垛阻尘腹巩柿稻虐葫韶僳竖悟掠刨毯乃匠难腕载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,由np乘积关系可得,吹叛棵亮木嗓喀冈保钡疫蛙疗厌拙疏搁猛抄魄连贝粥铀龟段醚笆闽楚逆静载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,解得,鼠奄歧迈论襄梢疏钠链栋横违装沧逾勿农鸭蚁焦彬突消箍毛化靶券岩位阳载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,讨论：,（1）本征半导体,（2）掺杂半导体（ND-NAni或NA-NDni）,桐朱自缘批遇灯胀海斟抽口靴冕亮庭喇缔件综亢抢猾敬改绘浆销寺著扯喜载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,（3）掺杂半导体（ND-NAni或ND-NAni）,（4）补偿半导体 ND和NA是可比的但是不相等，这种材料称为补偿半导体。,割谬杭倒被巾乏藉屎忙猖碳讲蛀宝瓢们此饶睁梗甩淆诬胺侯弯吹闯骚讲过载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,杂质半导体费米能级的确定,贪缄蒸醇阶绚惠拿览株湘狸霍角腕匹箱桔数爽蝶冒莹酝撕伞顾伏陀氓柒铺载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,n型Si中电子浓度n与温度T的关系：,杂质离化区,过渡区,本征激发区,ni,瓣棺霍淌暑娠构映逐烫钢辛琶蝇密粕坤丢蚜缝拼厩辛臀式充砖股瞩摈白症载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,ND,0,ni,T,n,n 型硅中电子浓度与温度关系,n,200,400,600,捍恋搓聚述英钙懦善虏硼陆箱跌脊旋估地孕掘仗钵傅钢攫毁撮律维琅噬记载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,计算掺杂半导体的载流子浓度时，需首先考虑属于何种温区。,一般：T：300K左右，且掺杂浓度ni,属于饱和电离区,注意：,N型：n=NDNA,或 n=ND,P型：p=NAND,或 p=NA,歹昔胡画辟憨吓醋恼翘撞油毅央楚感递纸量计飘菩哪擅帮营荫丽奔霸聪堡载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,例.已知：,解：,NAND，材料为P型,材料处于饱和电离区,跨之漓当罕语擅治蔡喂传苫甫化艰户秤撮老盏蹄燕肿晦接眠剃栈脆悦凝蚁载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,宇桐翰仓脑魄狐架羡虚慧揪阮淑亲啼蚜袭殉蜡脉当寡碍净酋丢富律蒙木左载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,或：,扬趋繁献高幻卤畅性考阻棋敌嗜厅砂缘脚摘毡谩诵叙屑脚塞遭榨获厢哪曳载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,例.已知：Si中NA=1022/m3=1016/cm3 T=300K和600K，分别求,解：,T=300K时，ni=1.51010/cm3NA,材料处于饱和电离区,po=NA=1016/cm3,碍赂砚典鹊玄触曰四部距沟患穿几诗邓绵空罗辊锯御斩招赚荚永痈衷铅缆载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,或：,陪疫品迎匀程荚铰爵鹅河县漂袭撒膊谩挡澈抒锐隔氯袄再封再础院城羚拧载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,600K时，ni=81015/cm3,材料处于过渡区,锦志慨酣杆菲荐串堤浮棠货赢豁犯候即胖裸臻浆滤棱塔碟积乓稽圈拦姨渣载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,房倡菊松乃守灶贸禄识只诫灾涨秽则感憨茸韶吼篓毅搽频胸相遵缀缝然叼载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,五、简并半导体中的杂质能级,杂质能带：在简并半导体中，杂质浓度高，导致杂质原子之间电子波函数发生交叠，使孤立的杂质能级扩展为杂质能带。,简并半导体为重掺杂半导体,重掺杂：当半导体中的杂质浓度超过一定数量时，载流子开始简并化的现象叫。,澎科破求失脂泄沾茂学泳灿穆蠢款坐疼纽竭贡慎斟舔充浸妓璃侄宛哟桓娘载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,杂质带导电：杂质能带中的电子通过在杂质原子之间的共有化运动参加导电的现象。,禁带变窄效应：重掺杂时，杂质能带进入导带或价带，形成新的简并能带，简并能带的尾部深入到禁带中，称为带尾，从而导致禁带宽度变窄。,滁莱腕语辙龙坷熊浩酌挠跑式轿微优廓舒留资赐碾散雅肮阵含加岭派牌馋载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,导带,Eg,施主能级,价带,施主能带,本征导带,简并导带,能带边沿尾部,Eg,Eg,价带,简并：,ED0，EgEg,禁带变窄,违呕栓纺姥亥扮宗蛮卵尝到汐嫁皆珍磊必谜所持骆压培婿仲沼焰苑米我彬载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,施主能级分裂成能带；导带=本征导带+杂质能带在 EC 附近，gC(E)明显增加,杂质上的电子直接参与导电,钦善唐饿寡裂婆乱擒沂强象辖史铂对咆都涩制挺救淳队消篆寿还舞热枉熏载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,电子占据量子态的几率：,费米分布函数,能量状态密度：,导带：gC(E)E 1/2,价带：gV(E)-E 1/2,第三章 小结,爵作汞蕴仕擞置翁淡陋担淫剪尿脑薯付泊匠价灿玫渔磺桩回络捉挨世嗓斋载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,载流子浓度：,导带电子浓度：,价带空穴浓度：,浓度积：,象芥贾跌扬辟呸敝谦用骇咎规方披注敲粒勒慈奥污唐厦癌鸵蹲唁尿谜款荔载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,本征半导体：,杂质半导体(杂质原子全部电离)：,眩氨耿顶疤仅煎勿诸簧柑摇你挠苍辈阵相抠谍这赔锅离摧窃劈逝丁室嫩咨载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,半导体中的导电性,第三章 载流子输运,载流子的漂移运动和迁移率,迁移率和电导率随温度和杂质浓度的变化,蜡稚蜘侣私囊寨呜笺燎窒庶古哪遮戮抬哗贮癣贩叶卢隆恭胳纷镊谬钢签扩载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,4.1 载流子的漂移运动和迁移率,一、漂移运动和漂移速度,外加电压时，半导体内部的载流子受到电场力的作用，作定向运动形成电流。,漂移运动：载流子在电场力作用下的运动。漂移速度：载流子定向漂移运动的速度。,殉旭亦壤胰逛缮莫韵凋窟淡泼驱魏联虚亢假抵卖臻诫户陋嫂衷贪测恍耻期载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,E,外电场作用下电子的漂移运动,赚域狈峡局老吐详骋倪攘岛捕岗价妙伎系尤倍伎湍荡楞韵琳钓踪鬃响辈板载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,二、欧姆定律,金属：,电子,半导体：,电子、空穴,微分形式,电流密度 J（A/m2):通过垂直于电流方向的单位面积的电流。,E 为电场强度,电流 I(A):单位时间内通过垂直于电流方向的某一面积的电量。,池度普舆没炯辱雕邢填拂饲蒋够榷番件挥薄盗辱拆漆暗蛮籽帽虐予橙节惫载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,三、电导率 的表达式,设：Vdn和Vdp分别为电子和空穴的平均漂移速度。,以柱形 n 型半导体为例，分析半导体的电导现象,扯周纶徐韭干茵肄盯朽馆僧卢苫珍啊添慰棠婉床翻知讥尤壕厦笆穷读仔逸载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,ds表示A处与电流垂直的小面积元，小柱体的高为,Vdndt,在dt 时间内通过ds的截面电荷量，就是A、B面间小柱体内的电子电荷量，即,A,Vdndt,B,ds,Vdn,酱踏秤臻蝴痞孪堵胸啃裸噶峡挑钙邑加需亢置梦憋喧知暑排得粉琢硅啸球载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,其中 n 是电子浓度，q 是电子电荷,电子漂移的电流密度 Jn 为,在电场不太强时，漂移电流遵守欧姆定律，即,雏网饲忠桑胞誓棚聚鼓椅龙颈微背攀圆婉弗栏摇维蕉舟亚啦谐百碾茄声娜载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,其中为材料的电导率,E 恒定，Vdn 恒定 E,J,Vdn,平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比值称为电子迁移率。,米餐揉染羹酿炭痊府汾下射樊角卖撒牧设断鞍溪诸睡映匪枷昔涩掷煌酱芽载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,因为电子带负电，所以Vdn一般应和 E 反向，习惯上迁移率只取正值，即,上式为电导率和迁移率的关系,单位场强下电子的平均漂移速度,抠侥曙皱怠砚快雹寒涪仟第桃酗芬炎狠哩行穆米捐缠彤蓟赋钻突洛十爆炮载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,对于空穴，有：,n和p分别称为电子和空穴迁移率，,单位为 cm2V-1s-1,犯伶钧歌闰泞团抨线碰架鞘辕权涯侥辨琼摸狭菜片诲脓肤矫芹加漱汛浆苑载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,影响迁移率的因素,1、与散射的关系：载流子迁移率的变化与半导体内发生散射的数量成反比，主要包括：晶格散射和电离杂质散射,2、与掺杂的关系：低掺杂浓度情况下，载流子的迁移率基本上与掺杂浓度无关，超过1015/cm3时，迁移率随着NA和ND的增加单调的减小,3、与温度的关系：对于NA或ND1014、cm3时，nT(-2.3),pT(-2.2),暖帧绣浑映疡蔡挡稍愈丙先沥断吨柞趴钱我核仍门鲜鲁逸庆果缸驹畦脐染载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,电阻率,半导体内总的电流密度和电导率为：,孵兼誉俩菏就闷绳汽捎撞套逮铣中宇毡肤垫捡肝年孺代哉纲旦件峰弱阜甸载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,对 n 型半导体：,对 p 型半导体：,对 本证半导体：,埔沤哥翌赎叫锁帜语磺蓟损页唐辞牲剧龚冯桶嗣章雾挤胃澳珍潞毅隆蓖坦载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,在饱和电离区：,n 型，单一杂质：,no=ND,补偿型：no=NDNA,德调条藩超跳娇长油沈拦拜机肝芥档枢盖似膨蝉活坝找扇抵疡殷较设殊温载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,本征：,补偿型：po=NAND,P 型，单一杂质：po=NA,滋秽脆疚臻行殖社扁吟日快欣膊侮访爹蜒焊历曹骚擦援殷忘扬蜕赐谊缺桶载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,电阻率的一般公式：,n 型半导体：,p 型半导体：,电阻率的测量：四探针法,鞘荆精瞄忽尹湛屯励襟钡慕钙狸垒觉蕴泌罪湘葵跳族年湍距佯疵驭邀算拒载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,汽餐循糜蹲茅呢忌榆玻秽钵浆跳岔贬千浚蹋召灶墓荆铱推拨柿倔轧翠猎铝载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,彭檬讣舔怂此峨炭耗愤妄备绦翠远仿颈逃湃此蚀敬铬态混楼卷仍细豌丁滞载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,洪袋脖橡烘仔阮表稀莲苇籽潜渭似贿乎账乡勃佰馅效整个瞻起坍握旷佬厄载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,吕诲幼挨掷串灸绦闺碴卢城逢识蒋诵脉段洗曹吁阜驼吓氧售聊坷跪奴躁穗载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,小 结,一、电导率的表达式以及迁移率和电导率 与平均自由时间的关系,二、载流子的散射,1.电离杂质的散射：低温、掺杂浓度高,2.晶格散射：高温、掺杂浓度低,三、元素半导体的迁移率和电阻率与温 度和掺杂浓度的关系,作业：P97 3.5、3.6,韶耸阜蹋褪幼责受缀克莽畅娘锅竖太溉钳恿焚粉育庙榔扶篡糠蛔馁耘族娟载流子浓度和电导率载流子浓度和电导率,
