必威体育精装版半导体物理学3.ppt

第三章 半导体载流子的统计分布 §3.4 （非本征）杂质半导体的载流子浓度： 一.杂质能级占据几率： 1．杂质能级上电子占据情况： 1°晶体能带：a，电子在整个晶体中做共有化运动 b，每个电子运动能级有两个反自旋量子态 c，电子间相互作应很弱，两个态相互独立 即一个态被占据，不影响另一态被反自旋电子占据 d，服从费米运动 2°杂质能级：a，电子被杂质束缚, 局域态 b，未被占据的态可能被两种不同自旋的电子占据 c，两自旋态是相关的；即当一个电子以任一自旋方式占据某杂质 能级后，即不可能有第二个电子占据该能级的另一自旋态 以类氢施主为例：施主俘获一个电子后，静电斥力将使另一自旋态能量 显著提高，→ 引起简并 3.多数载流子小结：以N型为例说明P.63,F.3-9, P.65,F.3-10, 和P.67,F.3-11 也影响 即载流子浓度n(或P) 和费米能级 EF 由杂质浓度和 T 共同决定 按T分为：低温区 ( 200K ); 中温区 (200～500K); 高温区 ( 500K ) ;本征区 电中性条件： ； 或 ； ； 杂质能级: 低能态 所以可由电中性条件，利用 fD 与 n 的关系 → 求 EF →再求n（或P） 意义：T变 EF 变 →反映电子填充情况 a. 低温：EF 在 ED 之上 此时 先随T ↑后随T↓ b. 中温： 变到 ED 之下 → n↑↑ ∵是高能态 → 空的几率大 → 电离 c. 高温： ∵杂质全部电离＋本征跃迁，且本征为主 d. EF 的意义： 1°位置反映了半导体导电类型 ； 2°程度反映掺杂水平 e. 杂质浓度与本征 ni 关系： 如P.70, F.3－14，当杂质浓度 时： 1°多数载流子随掺杂浓度的增加而 ↑ §3.1 费米统计分布和状态密度 半导体――热敏性 电子服从泡利不相容原理；遵循费米统计分布，即能量为 E 的量 子态被电子占据的几率为 ： ； Ef ：费米能级 （3－1） 热平衡时，电子在不同量子态的分布几率与其具体激发过程无关 动态平衡：产生 ? 复合 Ef 可由 确定 晶体中电子总数 → 能带所有量子态中被电子占据能态数的总和 一, 费米分布函数 1. 费米分布函数成立的条