半导体物理第四章(教材ppt)

1、4.1载波漂移运动和移动率4.2载波散射4.3移动率与杂志浓度和温度的关系4.4电导率4.5强电场中的效果，第4章半导体导电，电子设备实现通过载波传输进行信息处理和存储，因此理解载波传输规律(漂移和扩散)是半导体器件性能研究的基础。焦点：移动率散射影响移动率的必需因素漂移电流和扩散电流弱电场中电导率的统计理论，4.1载波漂移运动移动率，焦点3360漂移运动扩散运动移动率，1，在漂移运动，严格的周期势场(理想)中，移动的载波电场力的作用下，将得到加速度，其漂移速度必须逐渐增大。结论，实际，请参阅：在理想的周期势场作用下进行载体自由运动。但是，所有破坏严格周期势场的因素都会分散载流量，限制电场下电

2、流子加速动作的最大速度(漂移速度)。碰撞或散射，改变粒子速度特性电子的微观运动，破坏周期电位场的作用因素存在：*杂质*缺陷*晶格热振动，散射，2，迁移率假设为n型半导体，电子浓度n0，在外电场中通过半导体的电流密度，移动率的意义：单位电场中的载波平均值是表示半导体电迁移能力的重要参数。就像多个子浓度决定电导率一样，对于p型半导体，多个子浓度决定电导率，对于T=300 K，在低掺杂浓度下的典型迁移率值，对于Si 1350 480 GaAs 8500 400 Ge 3900 1900，例如，在一定温度下具有相同电阻率的n型Ge和Si半导体()，任何材料的子浓度怎么了？对于普通半导体，对于固有半导体

3、，4.2载波分布，集中散射降低移动速度的散射机制，即各种散射系数，1，载波散射(1)载波热运动，自由路径l:两个相邻散射之间的自由移动距离。特征：如果电子的动能满足热平衡，则电子的热运动完全随机，因此根据统计物理定律，净电流为零。在这个过程中，会发生各种散射。平均自由路径：两个连续散射之间自由运动的平均距离。(2)，电流子的漂移行为，在外部电场作用下，实际上电流子的运动包括：热动漂移行为，电流I，散射概率p，散射概率：单位时间内一个电流子散射的次数，2，半导体的主要散射机制，电离杂质散射晶格振动散射是能量谷之间散射中性杂质散射电位散射电流，2)晶格振动散射，具有n个原细胞的晶体n个晶格子波矢量

4、q 1 q=3个光波(高频)3个声波(低频)振动方法3360 3个光波=1个纵波2个横波3个声波=1个纵波2个横波，栅格波的能量效应以Hu-ri a为单位a，声学波散射：PS-T3/2示例：Ge，Si b，光学波散射：p o-exp(HV/k0t)-1示例：GaAs，3)其他散射分类：a、弹性散射b、非弹性散射、(2)中性杂质散射发生在低温下的再掺杂反导向中。(3)位错散射位错密度104cm-2天生具有各向异性的特性。(4)电流源和载波之间的散射发生在强退化下，4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系，电子向电场的相反方向移动称为漂移运动。、Ec、Ev、EF、E、散射、移动率和有效质量的关系：多极值

5、半导体，其等向能量面是旋转椭球体，因为有效质量在不同方向上不同结论：对于多能量谷半导体，移动率的有效质量应使用电导有效质量，而对于电子和共点，如果平均自由时间相等，则电子的有效质量低于共点的有效质量，因此Si在300K时电子的移动率和共点移动率，电子的移动率大于共点的移动率。因此，提高载波移动率的主要方法有：(1)有效质量减少(波段结构改变)(2)散射概率减少，再掺杂Si的孔移动率，2，3，1，n，I，I，-，m，电离杂质散射电阻率随温度变化，(2.2)杂质半导体、杂质电离区过渡区高温固有激发区部分电离区非固有区、示例说明，示例2:存在电子浓度和孔浓度时材料的电导率最小、求的表达。证明之一：根

6、据Cauchy不等式，a=b时，示例2:示例3:混合了以下杂质的Si，室温下的载流子浓度、迁移率和电导率：(1)21015cm-3的b；(2) 21015cm-3的b1015cm-3的p .解决方案：(1)在室温下为NA=21015cm-310ni，杂质完全电离，p0=NA=21015cm-3，因此NA模穴和电子迁移率分别为440cm2/Vs和1200 cm2/Vs，电导率为。(2)室温下的载流子浓度分别为n0=1.01015cm-3和P0=2.25 (cm-3)。模穴和电子迁移率分别为420cm2/Vs和1800 cm2/Vs，电导率为。4.5玻耳兹曼方程电导率的统计理论。焦点：分布函数f满

7、足的方程，fB:热平衡状态的分布函数，f=f(k，r，t):不平衡分布函数，影响分布函数的因素：(1)场漂移，(2)散射机制散射，讨论：2，在缓和时间几乎稳定的状态下，分布函数f没有偏离平衡状态F0太多的情况下，由(4)引起的近似描述的不平衡状态恢复到平衡状态的过程称为缓和时间近似。完成缓和过程所需的时间称为缓和时间，3，在弱场近似中移动速率的统计表达式为，4.6强电场中的效果热载波(磁湿)，速度仅在随电场线型变化的关系变弱的场中成立。电场加速的电流表仍然能保持晶格和热平衡的条件成立。在高场，电流源从电场中获取能量的同时，可以通过光的发射、声子损失出去，电流容量不会进一步加速，速度饱和。对于小型半导体器件来说，速度饱和效应已经成为非常重要的物理极限。线性变换区域、饱和区域、强场上的热载流子效应、热载流子：能量高于热kT的载波。热载流子效应：由于设备的热载流子