[工学]半导体器件物理.ppt

* 直接复合 电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合过程 在小注入条件下，当温度和掺杂一定时，寿命是一个常数。 寿命与多数载流子浓度成反比，或者说，半导体电导率越高，寿命就越短。 一般来说，禁带宽度越小，直接复合的几率越大。 直接复合 * 间接复合 半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，它们除了影响半导体的电特性以外，对非平衡载流子的寿命也有很大的影响。 实验发现，半导体中杂质越多，晶格缺陷越多，寿命就越短。 这说明杂质和缺陷有促进复合的作用。这些促进复合过程的杂质和缺陷称为复合中心。 间接复合:非平衡载流子通过复合中心的复合。 * 讨论具有一种复合中心能级的简单情况 禁带中有了复合中心能级，就好像多了一个台阶，电子-空穴的复合可分两步走： 第一步，导带电子落入复合中心能级； 第二步，这个电子再落入价带与空穴复合。 复合中心恢复到原来空着的状态，又可以再去完成下一次的复合过程。 * 研究发现 非平衡载流子寿命与复合中心浓度成反比，即复合中心浓度越高，非平衡载流子复合得越快，复合中心浓度越小，非平衡载流子复合得越慢。 实验证明 在锗中，锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、金（Au）、铜（Cu）、镍（Ni）等可以形成复合中心； 在硅中金（Au）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、铟（In）等可以形成复合中心。 * 表面复合 表面复合是指在半导体表面发生的复合过程。 少数载流子寿命值在很大程度上受半导体样品的形状和表面状态的影响。 例如，实验发现，经过吹砂处理或用金刚砂粗磨的样品，其寿命很短。而细磨后再经过适当化学腐蚀的样品，寿命要长得多。 实验还表明，对于同样的表面情况，样品越小，寿命越短。 可见，半导体表面确实有促进复合的作用。 * 影响非平衡载流子寿命的因素 材料的种类 杂质的含量（特别是深能级杂质） 表面状态 缺陷的密度 外部条件（外界气氛） τ很大程度上反映了晶格的完整性， 可以衡量材料的质量， 故常被称作“结构灵敏”的参数。 * 1.4 半导体中载流子的输运现象 1.4.1 载流子的漂移运动与迁移率 漂移运动： 在外场的作用下，半导体中载流子要顺（逆）电场方向运动 漂移速度： 定向运动的速度 漂移速度大小不一，取平均值 * 欧姆定律 以金属导体为例，在导体两端加以电压V时， 导体内形成电流，电流强度为 R为导体的电阻，且 阻值与导体的长度l成正比，与截面积s成反比，ρ为导体的电阻率。 电阻率的倒数为电导率σ ，即 * 电流密度 在半导体中，通常电流分布是不均匀的，即流过不同截面的电流强度不一定相同。我们引入电流密度的概念，它定义为通过垂直于电流方向的单位面积的电流，用J表示，即 ΔI：通过垂直于电流方向的面积元Δs的电流强度 * 欧姆定律的微分形式 一段长为l，截面积为s，电阻率为ρ的均匀导体， 若两端外加电压V，则导体内部各处均建立起电场， 电场强度大小 电流密度 欧姆定律的微分形式 电流密度和该处的电导率及电场强度直接联系起来 * 漂移电流密度 导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动，构成电流。电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 电子的平均漂移速度 一秒种内通过导体某一截面的电子电量就是电流强度 n：电子的浓度 * 平均漂移速度的大小与电场强度成正比 则 μ：电子的迁移率，习惯取正值 表示单位场强下电子的平均漂移速度 * 比较上面两个式子，可得σ和μ之间的关系 * 一块均匀半导体，两端加以电压，在半导体内部就形成电场 电子带负电，空穴带正电，所以两者漂移运动的方向不同，电子反电场方向漂移，空穴沿电场方向漂移。 半导体中的导电作用应该是电子导电和空穴导电的总和。 * un：电子迁移率 up：空穴迁移率 Jn：电子电流密度 Jp: 空穴电流密度 n：电子浓度 p：空穴浓度 总电流密度J 两式相比可以得到半导体的电导率 * 对于两种载流子浓度相差很悬殊而迁移率差别不太大的杂质半导体来说，它的电导率主要取决于多数载流子。 N型半导体 P型半导体 电导率与载流子浓度 和迁移率之间的关系 本征半导体 n0=p0=ni * 半导体的电阻率可以用四探针直接测量读