第三章01载流子输运.ppt

影响迁移率的因素 电阻率 * * 半导体中的导电性 第三章 载流子输运 ● 载流子的漂移运动和迁移率 ● 迁移率和电导率随温度和杂质浓度的变化 §4.1 载流子的漂移运动和迁移率 一、漂移运动和漂移速度 外加电压时，半导体内部的 载流子受到电场力的作用， 作定向运动形成电流。 漂移运动：载流子在电场力作用下的运动。 漂移速度：载流子定向漂移运动的速度。 E 外电场作用下电子的漂移运动 二、欧姆定律 金属： —电子 半导体： —电子、空穴 微分形式 电流密度 J（A/m2): 通过垂直 于电流方向的单位面积的电流。 E 为电场强度 电流 I(A): 单位时间内通过垂直于电流方向的某一面积的电量。 三、电导率 ? 的表达式 设 ：Vdn和Vdp分别为电子和空穴的平均漂移速度。 以柱形 n 型半导体为例，分析半导体的电导现象 ds表示A处与电流垂直的小面积元，小柱体的高为 Vdndt 在dt 时间内通过ds的截面电荷量，就是A、B面间小柱体内的电子电荷量，即 A Vdndt B ds Vdn 其中 n 是电子浓度，q 是电子电荷 电子漂移的电流密度 Jn 为 在电场不太强时，漂移电流遵守欧姆定律，即 其中σ为材料的电导率 E 恒定，Vdn 恒定 E ?, J?, Vdn? 平均漂移速度的大小与 电场强度成正比，其比 值称为电子迁移率。 因为电子带负电，所以Vdn一般应和 E 反向，习惯上迁移率只取正值，即 上式为电导率和迁移率的关系 单位场强下电子 的平均漂移速度 对于空穴，有 ： μn和μp分别称为电子和空穴迁移率， 单位为 cm2V-1s-1 1、与散射的关系：载流子迁移率的变化与半导体内发生散射的数量成反比，主要包括：晶格散射和电离杂质散射 2、与掺杂的关系：低掺杂浓度情况下，载流子的迁移率基本上与掺杂浓度无关，超过10^15/cm^3时，迁移率随着NA和ND的增加单调的减小 3、与温度的关系：对于NA或ND≤10^14、cm^3时，μn∝T^(-2.3), μp∝T^(-2.2), 半导体内总的电流密度和电导率为： 对 n 型半导体： 对 p 型半导体 ： 对 本证半导体 ： 在饱和电离区： n 型，单一杂质： no=ND 补偿型：no=ND－NA 本征： 补偿型：po=NA－ND P 型，单一杂质：po=NA 电阻率的一般公式： n 型半导体： p 型半导体： 第四章 一、电导率的表达式以及迁移率和电导率 与平均自由时间的关系 二、载流子的散射 1.电离杂质的散射：低温、掺杂浓度高 2.晶格散射：高温、掺杂浓度低 三、元素半导体的迁移率和电阻率与温 度和掺杂浓度的关系 作业：P97 3.5、3.6