半导体物理学-chap4讲述.ppt

硅电阻率与温度关系示意图 AB段：温度很低，本征激发可忽略，载流子由杂质电离提供，散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大； BC段：温度升高，杂质已全部电离，本征激发不显著，载流子不随温度变化，晶格振动散射为主要散射，迁移率随温度升高而降低； C段：本征激发，载流子大量增加远远超过迁移率减小对电阻率的影响。 第四章 半导体的导电性Electrical conduction of semiconductors 杨少林 重点： ? 迁移率(Mobility) ? 散射(Scattering mechanisms) ——影响迁移率的本质因素 ? 弱电场下电导率的统计理论 The drift motion of Carrier, Mobility §4.1 载流子的漂移运动 迁移率The drift motion of Carrier, Mobility 漂移运动 扩散运动 迁移率 重 点 The drift motion of Carrier, Mobility The drift motion of Carrier, Mobility 4.1.1欧姆定律 4.1.2 漂移速率和迁移率 表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。 它是表示半导体电迁移能力的重要参数。 迁移率 The drift motion of Carrier, Mobility 4.1.3 半导体的电导率和迁移率 在一块半导体两端加电压，半导体内部形成电场 电子反电场方向漂移，空穴沿电场方向漂移 半导体导电作用是电子和空穴导电的总和 电子迁移率与空穴迁移率不同，前者大 The drift motion of Carrier, Mobility 对一般半导体 The drift motion of Carrier, Mobility N型半导体 P型半导体 本征半导体 The drift motion of Carrier, Mobility §4.2 载 流 子 的 散 射The Scattering of Carriers 4.2.1 载流子散射的概念 载流子散射（1）载流子的热运动 自由程：相邻两次散射之 间自由运动的路程。 The Scattering of Carriers 平均自由程：连续两次散射间自由运动 的平均路程。 （2）载流子的漂移运动 载流子在电场作用下不断加速 理想情况 （无散射） The Scattering of Carriers 在外电场作用下，实际上，载流子的运动是： 热运动+漂移运动 单位时间内一个载流子被散射的次数 电流 散射几率 P The Scattering of Carriers 4.2.2 半导体的主要散射机构 电离杂质散射 晶格振动散射 等同能谷间的散射 中性杂质散射 位错散射 合金散射 载流子与载流子间的散射 The Scattering of Carriers 电离杂质散射（即库仑散射） 散射几率 Pi∝NiT-3/2 （Ni：为杂质浓度总和） 散射的原因：附加势场的存在 晶格振动散射 有N个原胞的晶体 有N个格波波矢q 一个q=3支光学波(高频)+3支声学波(低频) 振动方式: 3个光学波=1个纵波+2个横波 3个声学波=1个纵波+2个横波 格波的能量效应以hνa为单元 声子 The Scattering of Carriers 格波的能量 根据玻耳兹曼统计理论，温度为T时，频率为υa的格波的平均能量 平均声子数 The Scattering of Carriers 电子与声子的碰撞遵循两大守恒法则 准动量守恒 能量守恒 长声学波 弹性散射 光学波 非弹性散射 The Scattering of Carriers a、声学波散射：在长声学波中，纵波对散射起主要作用，通过体变产生附加势场。