半导体载流子浓度ppt课件

1、半导体载波的统计分布，其中半导体载波包括传导带电子和价带孔。 在热力学平衡下，由于传导带电子满足费米分布，价带孔缺乏电子，所以能量为e的状态不被电子占据的概率是孔的占有概率，孔和电子的费米分布函数与费米能级相对镜像。 高电子能对应低空穴能。 能量越高，电子所占的概率越低。 相反，占有率高。 能量越高，空穴所占的概率越高。 相反，占有概率低。 与、2、金属不同，半导体费米能级通常处于禁带，因此在本征半导体和低掺杂半导体中，载流子的能量通常为：量子的费米分布退化为经典的波尔兹曼分布。 原因：传导带电子和价带空穴的占有概率远小于1，泡沫不相容原理的限制减弱。3、求载流子浓度的思路、费米分布函数(退化为波尔兹曼分布)。 已解决！ 什么？ 单位体积状态密度函数g(E )？4、传导带底和价带顶的能量密度，半导体中的载流子主要集中在传导带底和价带顶附近，自由电子近似、能谱：传导带底：价带顶：mn*是传导带底电子的有效质量，mp*是价格带顶孔的有效质量。 导带底能量状态密度：单位体积导带底能量状态密度：单位体积价格带顶能量状态密度：5，导带电子浓度，导带电子的占有概率随能量e的增大而迅速减小，主要集中在导带底附近，因此其浓度为：指令：Gc为导带底传导带电子浓度：热平衡时，系统费米能级越高，温度越高传导带中的电子浓度越高。*Gc的意思：所有传导带电子集中在传导带底Ec时，其状态密度为Gc。 例如Si，300K以下，Gc=2.861019cm-3。 6、价带的空穴浓度、价带的顶部有效状态密度Gv :价带的空穴浓度：系统的费米能级越低，温度越高，价带的空穴浓度越高。*Gv的意思：把所有的大厅都集中在价格带的顶部的话，其状态密度就会变成Gv。 例如Si，300K中Gv=2.661019cm-3。7，研究I，以上的电子和空穴浓度式适用于本特征集和非本征半导体。 影响电子和空穴浓度的因素：材料类型温度费米能级。 温度越高，空穴和电子浓度越大。 -热激发。 费米能级越高，电子浓度越大，空穴浓度越小。 相反。 费米能级取决于应确定-掺杂杂质浓度和类型。 在、8、讨论II、热平衡状态下，载流子浓度积仅依赖于温度，与费米能量无关。 -质量作用规律。 换句话说，在某一温度下，电子和空穴的浓度积仅与材料类型有关，而与有无掺杂无关。 带隙越小，积越大。 本征或非本征半导体，质量操作规律也适用。 本征半导体，n=p； n型半导体，施主掺杂增加n，减少p，减少np。 p型半导体的p增大，n减小，pn减小。 9、本征半导体费米能级、本征激发：价带电子直接激发到传导带，产生载流子(电子和空穴)。 本征激发过程中的电中性条件：本征半导体费米能级(本征费米能级，称为Ei ) :本征费米能级Ei非常接近禁带的中央。 根据温度而变化。 本征费米能级Ei是材料的基本参数。10、本征半导体载流子浓度、本征半导体载流子浓度：简称本征载流子浓度ni。 材料禁带宽度越小，本征载流子浓度越大。 温度越高，ni越大。 本征载流子浓度ni也是材料的基本常数(当然需要指定温度)。 在室温下，Si:ni=9.65109cm-3； GaAs:ni=2.25106厘米- 3。、11、杂质激发：施主能级的电子被传导带激发，或主能级的空穴被价带激发。 n型半导体载流子浓度、n型半导体、施主能级为ED、施主浓度为ND、受主浓度NA=0。 在足够低的温度下，载体主要是由供体激发到传导带的电子。电子浓度由n表示，电中性条件为：nD为施主能级的电子浓度，同样地，费米分布：12，上式表示消除eEF/kBT，EI=EcED表示导带底部与施主能级之间的能量差，即施主的电离能力。 从上式可以求出传导带的电子浓度：低温弱电离区，温度低时，电子浓度随着温度上升指数的增加-施主随着温度上升而离子化。 13、高温完全电离区由于Gc与T3/2成比例，因此温度足够高时，传导带电子数接近施主数，即施主几乎完全电离。 根据电中性条件： n=ND-nD。 一般来说，当施主杂质的电离能量低、温度足够高时，施主完全电离，有nD=0，明显n=ND。 (此处忽略真性激发的影响，温度过高会有显着影响。 )， 14，n型半导体费米能级，完全电离状况：传导带电子浓度通式： 15，p型半导体载流子浓度和费米能级，低温弱电离区：高温完全电离区：费米能级接近价电子带底。 p型半导体，受体浓度为NA。 当施主和受主存在于半导