施敏半导体器件物理(第三章)教案.ppt

3.4.1 单边稳态注入 扩散长度: Lp=（Dp τp）1/2 厚度为W样品： pn(x)= pn0+[pn(0)-pn0](1-w/x) 半无限样品：pn(x)=pn0+[pn(0)-pn0]exp(-x/Lp) 3.4.2 表面的少数载流子 表面复合发生在半导体样品一端 3.4.3 海恩-肖克莱实验 半导体物理中经典实验之一，是证明少数载流子的漂移及扩散。得到无施加电场下及施加电场下的载流子分布。 3.5 热电子发射过程：假如载流子拥有足够的能量，他们可能被发射至真空能级。金半—欧姆接触 3.6 隧穿过程：两个半导体样品距离为d，且势垒高qV0=电子亲和力qx，假如距离足够小，即使电子能量远小于势垒高，在左边半导体中电子也可能会跨过势垒输运，并移至右边。这个过程与量子隧穿现象有关。隧道二极管。 对硅晶体，电场不太高时，漂移速度与电场呈线性关系，当电场持续增加，漂移速度增加缓慢，在电场足够大时，漂移速度趋近饱和。（300K，107cm/s） n型砷化镓中的强电场输运与硅晶大不相同，漂移速度达到一最大值后，反而会减小，此现象是由于砷化镓的能带结构。微波转移电子器件。 3.7 强电场效应 雪崩过程：当半导体中的电场增加超过某一定值，载流子将得到足够能量发生雪崩电离产生电子-空穴对。如pn结的击穿。 电离率：一个电子或空穴经过单位距离所产生的电子空穴对数目。 作业3 P80 1, 4(a ,b), 13,15 补充： 1 什么是非热平衡状态？ 2 什么是小注入？ 3 什么是直接复合、间接复合？ 第三章 载流子输运现象 3.1 载流子漂移 3.2 载流子扩散 3.3 产生与复合过程 3.4 连续性方程式 3.5 热电子发射过程 3.6 隧穿过程 3.7 强电场效应 本章节 主题 电流密度方程式以及其中所含的漂移与扩散成分 连续性方程式及其中所含的产生与复合成分 其他的输运现象，包括热电子发射，隧穿，转移电子效应及冲击离子化 测量重要半导体参数的方法，如电阻率，迁移率，多数载流子浓度及少数载流子寿命 3.1 载流子漂移 E=0 1 2 3 4 5 6 随机热运动 E 1 2 3 4 5 6 随机运动及施加电场产生的结合运动 平均自由程：碰撞间平均距离 平均自由时间：碰撞间平均时间 漂移速度：电子受到一个小电场的作用在碰撞时，产生一个反方向的加速，这额外的速度成分，就称为漂移速度 3.1.1 迁移率 载流子的漂移运动：载流子在电场作用下的运动 漂移电流 引 入 迁 移 率 的 概 念 迁移率?： 单位电场作用下载流子获得平均速度 反映了载流子在电场作用下输运能力 电子迁移率和空穴迁移率 两种散射机制 晶格散射：由于高于绝对零度下的晶格原子的热运动。uL随T-3/2方式减少。 杂质散射：一个带电载流子经过一个电离的杂质时，由于库仑力的交互作用，路径发生偏移。散射几率与电离杂质总浓度有关。 uI随T3/2/NT方式而变化。 3.1.2 电阻率 载流子的漂移运动：载流子在电场作用下的运动 漂移电流J=Jn+Jp=(qnun+qpup)E σ=q(nun+pup) 电阻率?： 为电导率 测量电阻率最常用方法：四探针法 3.1.3 霍耳效应 直接测量载流子浓度最常用的方法是霍耳效应 其装置如图 W + - EX VX EY VH I + - V 面积A x y z 霍耳效应的相关内容 霍耳效应 q*Ey=q*vx*Bz 或 Ey=vx*Bz 霍耳电压 VH=Ey*W 霍耳电场 Ey= RH* JP *Bz （其中霍耳系数RH=1/qp） 对n型半导体言，也获得类似结果，但其霍耳系数RH=-1/qn 对已知电流磁场，霍耳电压的测量 P=1/（q* RH）=Jp*Bz/（q*Ey）=I*Bz*W/（q*VH*A） 3.2 载流子扩散 电子扩散电流： （Dn为扩散系数） 空穴扩散电流： 爱因斯坦关系: 载流子的扩散运动：载流子在化学势作用下的运动 电流密度方程式 当浓度梯度与电场同时存在时电流密度为漂移与扩散的总和 空穴流也可类似表示 综合可得总传导电流 3.3 产生与复合过程 热平衡状态：pn=ni2。 非热平衡状态； pnni2 。 载流子注入：导入超量载流子的过程。大部分半导体器件是通过创造出超出热平衡时的带电载流子数来工作的。光注入和电注入是主要方式。 小注入： △P或 △n多子浓度 复合机制 非热平衡状态， pnni2 ，会出现一些使系统恢复平衡的机制---将注入的少数载流子与多数载流子复合。 复合过程释放能量，一般以光子形式辐射或