半导体导电性

4.1.载流子的漂移（drift）运动半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动---漂移运动。相应的运动速度---漂移速度。漂移运动引起的电流---漂移电流。第4章半导体的导电性(Electrical

Conductivity)1、drift(漂移)定性分析：迁移率的大小反映了载流子迁移的难易程度。可以证明：2Mobility（迁移率）------迁移率单位电场下，载流子的平均漂移速度3影响迁移率的因素不同材料，载流子的有效质量不同；但材料一定，有效质量则确定。对于一定的材料，迁移率由平均自由时间决定。也就是由载流子被散射的情况来决定的。半导体的主要散射（scatting）机构：*Phonon（lattice）scattering声子（晶格）散射*Ionizedimpurityscattering电离杂质散射*scatteringbyneutralimpurityanddefects中性杂质和缺陷散射*Carrier-carrierscattering载流子之间的散射*Piezoelectricscattering压电散射能带边缘非周期性起伏（1）晶格振动散射声学波声子散射几率：光学波声子散射几率：（2）电离杂质散射电离杂质散射几率：总的散射几率：P=PS+PO+PI+----总的迁移率：主要散射机制电离杂质的散射：晶格振动的散射：温度对散射的影响轻掺杂时电离杂质散射可忽略迁移率4.2迁移率与杂质浓度和温度的关系1.迁移率~杂质浓度非轻掺杂时杂质浓度电离杂质散射2.迁移率与温度的关系轻掺：忽略电离杂质散射μ高温：晶格振动散射为主μT晶格振动散射μ非轻掺：低温：电离杂质散射为主

T电离杂质散射T晶格振动散射4.3载流子的迁移率与电导率的关系(Mobility~Conductivity)-------殴姆定律的微分形式1.殴姆定律的微分形式2.电流密度另一表现形式3.电导率与迁移率的关系Ez电导迁移率电导有效质量4.4电阻率与掺杂、温度的关系1.电阻率与杂质浓度的关系轻掺杂：μ~常数；n=NDp=NA

电阻率与杂质浓度成简单反比关系。非轻掺杂｛μ：杂质浓度μρn、p：未全电离;杂质浓度n（p）ρ杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。原因2.电阻率与温度的关系μ：

T电离杂质散射μρ

*低温n（未全电离）：Tnρρμ：

T晶格振动散射μρ

*中温n（全电离）：n=ND饱和ρμ：

T晶格振动散射μρ

*高温n（本征激发开始）：Tnρρ例题例.室温下,本征锗的电阻率为47Ω·㎝，(1)试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。（3）计算该半导体材料的电阻率。设杂质全部电离。锗原子浓度为4.4×/㎝3,μn=3600/V·s且不随掺杂而变化.解:4.5Hight-FieldEffects(强电场效应)1欧姆定律的偏离电场不太强时：μ与电场无关，欧姆定律成立。电场强到一定程度（103V/cm）后：μ与电场有关，欧姆定律不成立。平均漂移速度随外电场的增加而加快的速度变得比较慢。饱和漂移速度/极限漂移速度。电场很强时：平均漂移速度趋于饱和解释：*载流子与晶格振动散射交换能量过程*平均自由时间与载流子运动速度有关加弱电场时，载流子从电场获得能量，使载流子发射的声子数略多于吸收的声子数。但仍可认为载流子系统与晶格系统保持热平衡状态。加强电场时，载流子从电场获得很多能量，使载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子系统与晶格系统不再处于热平衡状态。*平均自由时间与载流子运动速度有关无电场时：平均自由时间与电场无关低电场时：平均自由时间与电场基本无关强电场时：平均自由时间由两者共同决定。与光学波声子散射载流子从电场获得的能量大部分又消失,故平均漂移速度可以达到饱和。极强电场时：4.3IntervalleyCarrierTransfer

（能谷间的载流子转移）1IntervalleyScattering(能谷间散射）物理机制：从能带结构分析n1n2*Centralvalley*Satellitevalley中心谷：卫星谷：卫星能谷中电子的漂移远比中心能谷中电子的漂移慢.谷2（卫星谷）：E-k曲线曲率小1电场很低2电场增强3电场很强2Negetivedifferentialconductance(负微分电导)在某一个电场强度区域，电流密度随电场强