第5章的电导性能-4汇编.ppt

第5章 材料的电导性能 2009.04 5.2 半导体导电性能 5.2.1本征半导体 在无外电场作用下，自由电子和空穴的运动都是无规则的，平均位移为零，所以不产生电流。 在外电场的作用下，电子将逆电场方向运动，空穴将顺电场方向运动，产生电流 1.本征半导体中载流子数 本征半导体的载流子只有半导体晶格提供，遵循费米统计规律，可以计算出导带中电子浓度以及价带中的空穴浓度。 在某一能带（ε1和ε2），单位体积晶体有电子浓度ne可以表示 室温下kT≈0.025eV, ε-εFkT,则电子存在的几率可近似为: 导带中存在的导电电子浓度ne为: 其中 导带中的电子数是温度和电子有效质量的函数 2. 费米能级位置 本征半导体中,ne=nh,可以求出费米能级为 可以粗略认为费米能级位于本征半导体的价带和导带的正中间位置（即位于禁带中央） 3.本征半导体的迁移率和电阻率 迁移率：单位电场强度下载流子获得的平均漂移速度。 自由电子的自由度大，故它的迁移率较大；而空穴的漂移实质上是价电子依次填补共价键上的空位的结果，这种运动被束缚在共价键范围内，所以空穴的自由度小，迁移率也小。 本征半导体中有电场E，空穴将沿E方向作定向漂移运动，产生空穴电流密度jh，自由电子将逆E方向作定向漂移运动，产生电子电流密度je，总电流密度j是二者之和，即 本征半导体的电阻率ρ为 本征激发成对地产生自由电子和空穴，所以自由电子浓度与空穴浓度相等 ne与能隙εg有近似反比关系，硅比锗大，故硅比锗的ne小 ne与温度近似正比，故温度升高时ne增大 ne与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很弱 5.2.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 掺杂浓度与原子浓度相比虽很微小，但是却能使载流子浓度大大提高，导电能力因而也显著地增强 掺杂浓度愈大，其导电能力也愈强 掺杂只是使一种载流子的浓度增加，因此杂质半导体主要是多子导电 3.杂质半导体电子和空穴数 半导体保持其电中性公式： 如果以没有占据εD能级的电子的几率乘以nD,即可得到nD+ 同理 对n型半导体, 所有导电电子来源于施主能级，而不是基体的晶格键合 费米能级 在低温下 当温度升高至 更高的温度区域时，半导体成为本征半导体。此区域即为本征区域。费米能级近似位于禁带中央 如图5-10所示：如果能级上有电子占据，会对晶体内部产生影响，从而使能带发生弯曲。 欧姆结的定义：结处无势垒，电子通过结来去自由。如图5-12： 肖特基整流：单向导电性，反向电流很小，单向导电称为整流。如图5-13所示： pn结:由单晶半导体上相邻的2个区—p型区和n型区组成 2区的能级发生相对位移时,最后当能级的相对移动使两侧费米能级拉平,动平衡就达到了.动平衡的条件: 如图5-14 pn结整流原理:如图5-15所示: 原来p区相对n区的电势为- ,如果加电压V于p区,则p区相对n区的电势为 ,这时势垒高度为 如果V为正电压,则能带图中势垒将降低. 在平衡条件下,电子浓度在p区和n区之比为: 同理,根据(5-29)可知,在平衡条件下,空穴浓度在p区和n区之比为: 将(5-46)修正: 将(5-46)代入(5-48),得到p区耗尽层边界的电子浓度: 即 同理有n区耗尽层边界的空穴浓度: 在热平衡下U=0,净符合率U与多余少数载流子的浓度的关系为