半导体光电子学课件1.5半导体的导电性17

1、第五节 半导体的导电性 主要讨论载流子在外加电场下的漂移运动，讨论半导体的迁移率、电导率随温度和杂质浓度的变化规律。 一、载流的漂移运动、迁移率 1、欧姆定律 ）（欧姆定律的微分形式得由电导率为导体的电阻率，1| /|/1) 1 (/ejsijlvemslrrvi 2、漂移速率和迁移率 电子在电场作用下的运动称为漂移运动,定向运动的速度称为漂移速度. 称为电子的迁移率，表示单位均匀电场下的电子平均漂移速度。 ）（得式由得3|)2(/evvjenqvsijslnqvi（3）代入（2）比较（1） 为电导率和迁移率的关系. 3、半导体的电导率和迁移率 有两种载流子， nqpnpnpnnqnqenqn

2、qjjj）比较（1| )( n型半导体 p型半导体 本征半导体 二、载流子的散射 1、 以上讨论的漂移运动以及电导率只是载流子运动的一个方面。 e载流子加速vj 但|e|一定j一定为什么？)(pnipnqnpqunqv 根本原因是周期性势场的被破坏，载流子在运动中，由于晶格热振动或电离杂质及其它因素的影响，不断地遭到散射。v 散射载流子无规则热运动。 2、半导体的主要散射机构 a.电离杂质的散射（用散射几率p来描述） 在电离施主或受主周围形成一个库仑势场，这一库仑势场局部地破 坏杂质附近的周期性势场。 )(2/3所以不易散射变大，杂质浓度。温度升高， vntnpiii电场外力载流子以平均漂移速

3、度漂移。散射 b 、 晶格格振动的散射 声学波散射 晶格中由于都各自在其平衡位置附近作微振，晶格振动是由不同基本波动叠加而成格波 频率最低的三个格波称为声学波 频率最高的三个格波称为光学波 散射几率 电子热运动速率声子速率，晶格密度形变势常数，vuuhvmtkp024200203/ )(16 光学波散射 3、迁移率与杂质浓度和温度的关系 a、平均自由时间和散射几率的关系 平均自由时间和载流子漂移运动时，在两次散射之间的时间。 2/32/1tptvs)/(/ 1 1)/exp(/ 1)/()(02022/10310tkhftkhtkhph n个电子在t到 时间内被散射的电子 数： ttptdtp

4、enndtpetnentntpnttnttndttdntptnttntntptnptptptt/1/1)()(/)()(lim/ )()()()(000000电子平均自由时间间的总和是遭到散射电子自由时）（等于 b、电导率、迁移率与平均自由时间的关系. 根据载流子的平均漂移速度、 经过加速t时间后 000/|/|,/|xxnxxnptnvvq me tvvq me tttdtn pedtq me t 再次散射前散射电子数每个电子获得的速度为 （） 000nn/| /,0|/| / |/p txxnxxnxnpppnvvqem tp edtvvqemveqmqm 相 乘 之 后 再： 平 均 漂

5、 移 速 度因 为 多 次 散 射 后根 据空 穴2nn22/(/)nnppppnpnnppnnqnqmpnqpqmnqnqnqmm可得电导率：型型混合型 1)/exp( 1)/exp(/1002/32/3102/32/31tkhttntkhttnpcciicssi光学波杂质散射声子波杂质散射电离杂质散射关系根据光学波散射声学波散射：电离杂质散射的关系、迁移率与杂质和温度 散射和电离杂质散射。波，主要散射机制是声学对掺杂的锗，硅半导体考虑几率大的得除以）（平均自由时间总散射几率 2121212121/1/1/1,/1/1/1/1/1nmqpppppppp ）（可以设计光电子器件电子迁移率由上式isiisbntmqatmq/1/1/1)/)(/()/1)(/(2/32/3