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课件07-2电子缺陷态
半导体物理：第五章电子缺陷态
1. 引言
2. 费米分布
3. 载流子浓度
4. 内秉电导
5. 浅缺陷
6. 准费米能级
7. 深能级
8. 半导体中的氢
1
1. 引言
22
• 1立方厘米的半导体中有5.10 个原子，实际上不可能做到完全纯净。
12 13 -3
• 典型低浓度杂质：10 -10 cm
-10
• 这个浓度相对于10 的纯度，约等于世界人口中有一个外星人。
• 在Si中，现代技术已经可以做到残余杂质的极低浓度，使得残余杂质
不影响物理性质。
• 另一方面，可控掺杂又是半导体技术不可缺少的手段。
15 20 -3
• 通常的掺杂浓度大约是10 -10 cm 。
2
2. 费米分布
• 费米-狄拉克分布：
• 在费米能级，分布等于1/2。
• 对于一般温度和能级，见图（7.1）。
• 在极低温T=0，费米能级一下，分布为1；费米能级以上，为零。
• 经典极限，E-E 1，回到经典玻尔兹曼分布：
F
• 如果可以用玻尔兹曼分布，系统被认为是非简并的；但必须用上述
费米分布是，系统被认为是简并的。
3
4
3. 载流子浓度
• 一般讲，导带的电子密度为：
• 相应地，价带空穴密度为：
• 空穴分布函数为 ，有下式给出：
• 如果有几个价带，都有相似的表达式。
• 假设是抛物能带，导带中的（每体积）态密度为：
5
3. 载流子浓度
• 如果玻尔兹曼分布近似不能用，即高温或窄带隙，需要下面的费米
积分：
• 对于块体材料，n=1/2。
• 如果 ，有 ，即玻尔兹曼近
似。
• 对于大x1，有
• 对于一般情况，见下图（7.2）：
6
7
3. 载流子浓度
• 费米积分的导数：
• 对于n=0，即二维情况，费米积分可以精确积出：
• 利用费米积分，可得如下载流子浓度表达式：
• 其中的导带边和价带边载流子浓度为：
8
3. 载流子浓度
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