半导体物理基础(3).ppt

1、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：,2 Mobility（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）

2、机构：,* Phonon （lattice）scattering 声子（晶格）散射,* Ionized impurity scattering 电离杂质散射,* scattering by neutral impurity and defects 中性杂质和缺陷散射,* Carrier-carrier scattering 载流子之间的散射,* Piezoelectric scattering 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

3、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,高温： 晶格振动散射为主,非轻掺：,低温： 电离杂质散射为主,电离杂质散射,T,4.3 载流子的迁移率与电导率的关系(MobilityConductivity),-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

4、系,轻掺杂：常数；n=ND p=NA,电阻率与杂质浓度成简单反比关系。,非轻掺杂,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,例题,例. 室温下,本征锗的电阻率为47，(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,n=3600/Vs且不随掺杂而变化.,解:,4.5 Hight-Field Effects (强电场效应),1 欧姆定律的偏离,电场不太强时：,与电场无关，欧姆定律成立。,电场强到一定程度（103 V/cm）后：,与电场有关，欧

5、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

6、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：,4.3 Intervalley Carrier Transfer （能谷间的载流子转移）,1 Intervalley Scattering ( 能谷间散射）,物理机制：,从能带结构分析,n1,n2,*Central valley *Satellite valley,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,2 Negetive differential conductance(负微分电导),在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小。,负的微分电导（