半导体物理(第4章).ppt

§4.4电阻率与杂质浓度和温度的关系 （1）电阻率与温度的关系： ① 低温区： T↑,n ↑,μ ↑.(电离杂质散射).主要由n-T 的变化决定. 温度较低时，载流子主要来源于杂质电离，随温度升高杂质电离加强使载流子浓度增加。另一方面低温下载流子散射以电离散射为主，温度升高，散射减弱迁移率增加，电阻率随温度升高而下降 §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 ② 温度升高到杂质饱和电离区： n基本不变,晶格振动散射是主要的.随着温度T的升高,迁移率μn下降,电导率σ也下降.即 T↑ → μn↓ → σ ↓ → ρ ↑ ③ 进入本征区后： 随着温度T的升高,载流子浓度n以e指数的形式增加,而迁移率μn以幂指数的形式下降,电导率σ也升高.即 T↑ →n ↑,μn↓ → σ↑ → ρ ↓ §4.4电阻率与杂质浓度和温度的关系 求室温下本征硅的电阻率。在本征硅中掺入百万分之一的硼之后，其电阻率比本征电阻率降了多少倍？ (2) 电阻率与杂质浓度的关系： §4.4电阻率与杂质浓度和温度的关系 (2) 电阻率与杂质浓度的关系： 轻掺杂情况下(1016～1018cm-3),可认为300k时，杂质饱和电离. 所以n ≈ Nd, p ≈ Na，或n ≈ Nd – Na , p ≈ Na –Nd (轻补偿). §4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 以N型半导体为例： ㏑ρ=-㏑Nd -㏑qμn 其中,μn随杂质浓度变化不大,低温时才显著. ㏑ρ～㏑Nd 为直线，如书P99,图4.15所示. 我们可直接进行ρ～Nd之间的换算，这在器件设计时有重要的作用. 当杂质浓度很高时，曲线偏离直线. 其原因是： ① 杂质在室温下未全部电离，重掺时更为严重; ② 迁移率随杂质浓度增加而显著下降. 电导率变小，电阻率变大 §4.5 强电场效应 1.欧姆定律的偏离 ⒈弱电场时: ⒉当ε103V/cm后, 成立. ⒊当ε105V/cm后, §4.5 强电场效应 无电场 热运动的载流子与热振动的晶格之间通过发射或吸收 声子交换能量，载流子和晶格各自的系统能量相等，达 到热平衡状态。 弱电场 载流子从电场中获得能量，载流子向晶格发射的声学 波声子数大于从晶格吸收的声子数，从而向晶格传递热 量，直至载流子能量等于晶格能量，两者处于热平衡状 态。 §4.5 强电场效应 强电场 载流子从电场中获得大量热量，载流子以发射声学波 声子的方式不能及时地将能量传递给晶格，载流子的能 量高于晶格系统，载流子和晶格系统之间是非平衡状 态。 更强电场 载流子从电场中获得的能量很高，已足以和光学波声 子能量相比，载流子能够向晶格发射光学波声子，从而 及时地将能量传递给晶格，载流子的平均漂移速度不再随 电场强度增加而增加，而是趋于饱和。 §4.5 强电场效应 2. 平均漂移速度与电场强度的关系 电子与晶格散射达到平衡时 其中 §4.5 强电场效应 3.耿氏效应 1963年，Gunn发现：在n型GaAs两端加上电压，当半导体内电场超过3×103 V/cm时，半导体内的电流以很高的频率振荡，振荡频率约为0.47～6.5 GHz，这个效应称为Gunn效应。 §4.5 强电场效应 GaAs中有两个能谷1,2。mn1*mn2*,则μ n1 μ n2，En1En2. ε增加, 电子由En1到En2，使得 电流不稳，能发生振荡，即Gunn效应. (卫星谷)，曲率小，电子有效质量大 例题 试计算本征Si在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1350cm2/V·S和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As后，设杂质全部电离，试计算其电导率。比本征Si的电导率增大了多少倍？ 例题 设半导体材料硅中掺入受主浓度NA=5×1016cm-3，施主浓度ND=2×1017cm-3，室温时本征电阻率为2400Ω·m，μn=1000cm2/(V·s)；μp=300cm2/(V·s)（且迁移率数值不随杂质浓度变化）。若样品所加电场为3V/cm，求样品的电导率和通过材料的电流密度。 0.5kg的锗单晶，掺有5×10-8kg的锑，设杂质全部电离，试求该材料的电阻率（设μn=0.39m2/(V·s)。锗单晶的密度为5.32g/cm3，锑原子量为122，室温下锗的本征载流子浓度ni=2.1×1013cm-3）。、 * * 第4章 半导体的导电性 本章主要讨论载流子在外加电场资源下的 漂移运动，半导体的迁移率、电阻率随杂质浓 度和温度的变化规律。为了深入理解迁移率的 本质，引入了散射的概念。定性讲解了