电子工程物理基础v1.1(4-2-1)2014.ppt

例. 室温下,本征锗的电阻率为47Ω·㎝，(1)试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。（3）计算该半导体材料的电阻率。设杂质全部电离。锗原子浓度为 4.4×1022/cm3, μn=3600/V·s, μp=1700/V·s,且不随掺杂而变化. 解: 例3 Hight-Field Effects 1 欧姆定律的偏离 三.强电场效应 解释思路： * 微观机制：载流子与晶格振动散射交换能量过程 * 平均自由时间与载流子运动速度的关系 其中， 迁移率μ是否为常数，取决于 平均自由时间与载流子运动速度关系 (1)无电场时： 载流子与晶格散射，交换的净能量为零，载流子与晶格处于热平衡状态。 0 (2)弱电场时： 平均自由时间与电场基本无关 加弱电场时，载流子从电场获得能量，与声子作用过程中，一部分通过发射声子转移给晶格，其余部分用于提高载流子的漂移速度。但漂移速度很小,仍可认为载流子系统与晶格系统近似保持热平衡状态。 与电场基本无关 （3）强电场时： 平均自由时间由两者共同决定。 载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子系统与晶格系统不再处于热平衡状态。 迁移率与电场相关，不再为常数。偏离欧姆定律。 在如此强的电场下,TeTl的载流子称为 热载流子。 加强电场时，载流子从电场获得很多能量。 载流子从电场获得的能量与晶格散射时，以光学波声子的方式转移给了晶格。所以获得的大部分能量又消失,故平均漂移速度可以达到饱和。 （4）极强电场时： （1）Intervalley Scattering ( 能谷间散射） 2. GaAs能谷间的载流子转移 物理机制： 从能带结构分析 n1 n2 *Central valley *Satellite valley E-k曲线曲率小 中心谷： 卫星谷： 1 电场很低 EE1 2 电场增强 E1EE2 3 电场很强 E E2 (2 ) Negetive differential conductance(负微分电导) NDC 平均迁移率 在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小。 负微分电导（negetive differential conductance） NDC 热载流子 强电场 速度饱和 进入介质层 碰撞电离 3. 强电场效应对器件的影响 GaAs 耿氏效应 阈电场（threshold field） 对于GaAs： 实验现象： Gunn effect (耿氏效应) 初始 掺杂低，电阻率较大。A区内有较大压降。 形成电子积累层（A左）和正电中心构成的电子耗尽层（A右） 高场畴区 偶极畴 畴区电场与外加电场方向一致 畴内电场不断变强，畴外电场不断减弱 高场畴增长 稳态畴漂到达阳极 稳态畴 (4)强p型区 EF位置与浅能级杂质或温度有关 强n型区 弱n型区（高阻区） 弱p型区（高阻区） 强p型区 小结 小 注入 若Et靠近EC：俘获电子的能力增强 不利于复合 Et处禁带中央，复合率最大。 Et=Ei 最有效的复合中心 俘获空穴的能力减弱 半导体表面状态对非平衡载流子也有很大影响，表面处的杂质和表面特有的缺陷也在禁带形成复合中心。 （1）表面复合 表面氧化层、水汽、杂质的污染、表面缺陷或损伤。 四.其他复合 表面处的非子浓度 单位时间内通过单位表面积复合掉的电子-空穴数(1/cm2 .s) 表面复合速度（cm/s) （2） 俄歇复合 多余能量 以声子形式释放 （3） 陷阱效应 一些杂质缺陷能级能够俘获载流子并长时间的把载流子束缚在这些能级上。 俘获电子和俘获空穴的能力相差太大 产生原因： 电子陷阱 空穴陷阱 杂质能级上的电子积累 结论：对电子陷阱来说，费米能级以上的能级，越接近费米能级陷阱效应越明显。 第4章 半导体中电子的状态 4.1 电子的分布 4.2 载流子的调节 4.3 载流子的复合 4.4 载流子的散射 4.5 载流子的漂移 4.6 载流子的扩散 4.7 载流子的完整运动 4.4 载流子的散射 散射是指运动粒子受到力场（或势场）的作用时运动状态发生变化的一种现象。 处理晶体中的电子时，通常将周期势场的影响概括在有效质量中，这使得晶体中的电子可以被看作为有效质量为m*的自由电子。因此，不存在散射，但是原周期势场一旦遭到破坏 ，就会发生散射了。 * scattering by neutral impurity and defects 中性杂质和缺陷散射 * Carrier-carrier scattering