半导体的导电性解读.ppt

4.1.1 复习欧姆定律： 主要散射机构： 电离杂质散射 晶格振动的散射 等同的能谷间散射 中性杂质散射 位错散射载流子之间的散射 室温下，本征硅的?约为2.3×105Ω·cm，本征锗（禁宽小）?约为47Ω·cm。 电阻率决定于载流子浓度和迁移率，与杂质浓度和温度有关。 4.4.1 电阻率和杂质浓度的关系 图4-15是锗、硅和砷化镓（温度定）300K时?随杂质变化的曲线（非补偿或轻补偿）。 ? A：轻掺（杂质浓度1016～1018cm-3）， 迁移率随杂质浓度的变化较小 杂质浓度增高时，非线性曲线。原因： 一是杂质在室温下不能全部电离，重掺杂的简并半导体中情况更加严重； 二是迁移率随杂质浓度的增加将显著下降。 由电阻率可确定所含杂质的浓度。材料越纯，电阻率越高（不适于高度补偿的材料）。 4.4.2 电阻率随温度的变化 1）本征半导体 2）掺杂半导体：杂质电离、本征激发同时存在，电离杂质散射和晶格散射机构的存在，电阻率随温度的变化关系复杂。（AB BC C三段） 硅?与T关系 0 ? A B C T AB段 温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降。 T 硅?与T关系 0 ? A B C T BC段 温度继续升高，杂质全部电离，本征激发还不十分显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动散射上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以，电阻率随温度升高而增大。 硅?与T关系 0 ? A B C T C段 温度继续升高，本征激发很快增加，大量本征载流子的产生超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特征。 硅?与T关系 0 ? A B C T 电阻率与材料性质有关，禁带宽度越大，同一温度下的本征载流子浓度就越低，进入本征导电的温度也越高 锗器最高工作温度为100℃，硅为250℃，而砷化镓可达450℃。 硅?与T关系 0 ? A B C T 三个光学波=两个横波+一个纵波 三个声学波=两个横波+一个纵波 纵波 横波 传播方向 平衡位置 原子 　频率为 ?a 的一个格波，能量是量子化的，只能是（1/2）h ?a ， （3/2）h ?a ，….. (n+1/2)h ?a 　　格波能量以h?a为单元, 称为声子。 晶格与其他物质（如电子、光子）相互作用而交换能量时，晶格原子的振动状态就要发生变化，格波能量就改变。 　　格波能量变化是h?a 整数倍，格波的能量子 h?a 称为声子。 把能量为（n+1/2 ）h?a的格波描述为n个属于这一格波的声子，当格波能量减少一个h?a 时，就称做放出一个声子，增加一个 h?a 就称做吸收一个声子。 A)声学波散射 Ps ? T3/2 　（4-29） B）光学波散射 3 其他因素引起的散射 等同的能谷间散射—低温时谷间散射很小 对于能量极值相同的多能谷，电子可以从一个极值附近散射到另外一个极值附近。 中性杂质散射（低温重掺杂半导体） 没有电离的中性杂质对周期性势场有一定的微扰作用引起的散射 位错散射 位错密度很高（104cm-2）的材料需考虑 合金散射：多元化合物半导体混晶，两种同族原子在其晶格中相应的位置上随机排列,都会产生对载流子产生散射作用 载流子之间的散射（强简并半导体） 例1.室温下，本征锗的电阻率为47 ,试求本征载流子浓度。 若掺入锑杂质，使每 个锗原子中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度并试求该掺杂锗材料的电阻率。设杂质全部电离, 锗原子的浓度为 设 , 且认为不随掺杂而变化。 解：本征半导体的电阻率表达式为： ?????? 施主杂质原子的浓度 故 其电阻率??? 例2. 在半导体锗材料中掺入施主杂质浓度 ，受主杂质浓度 ；设室温下本征锗材料的电阻率 ， 假设电子和空穴的迁移率分别为 ，若流过样品的电流密度为 ，求所加的电场强度。 ?解：须先求出本征载流子浓度 又 ??????????????? ????联立得: ? 故样品的电导率： ????? 即:?