刘诺-半导体物理-第四章.ppt

UESTC Nuo Liu 半导体 物理PHYSICS OF SEMICONDUCTORS 第四章 半导体的导电性Electrical conduction of semiconductors KEY： ? 迁移率(Mobility) ? 散射(Scattering mechanisms) ——影响迁移率的本质因素 ?漂移电流与扩散电流 ? 弱电场下电导率的统计理论 §4.1 载流子的漂移运动 迁移率 Key: 漂移运动 扩散运动 迁移率 一、散射与漂移运动 加上外电场E的理想:载流子定向运动，即漂移运动。 结论 在严格周期性势场（理想）中运动的载流子在电场力的作用下将获得加速度，其漂移速度应越来越大。 实际中，见到： 存在破坏周期性势场的作用因素： 如： * 杂质 * 缺陷 * 晶格热振动 2、迁移率假设讨论的是n型半导体，电子浓度为n0，在外电场下通过半导体的电流密度 迁移率的意义：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。 同理，对p型半导体 T=300 K时，低掺杂浓度下的典型迁移率值 Si 1350 480 GaAs 8500 400 Ge 3900 1900 例1：在一定温度下，相同电阻率的n型Ge和Si半导体( )，哪一个材料的少子浓度高？为什么？ 对一般半导体 对本征半导体 §4.2 载 流 子 的 散 射 KEY 散射 使迁移率减小 散射机构 即各种散射因素 1、载流子散射（1）载流子的热运动 自由程l：相邻两次散射之间自由运动的路程。 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 在外电场作用下，实际上，载流子的运动是： 热运动+漂移运动 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 载流子与载流子间的散射 1）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。 2）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 晶格振动散射特点：各向同性。 a、声学波散射： Ps∝T3/2 举例：Ge、Si b、光学波散射： P o∝[exp（hv/k0T）]-1 举例：GaAs 3)其它散射机构 （1）等同能谷间散射——高温下显著 谷间散射：电子在等同能故中从一个极值附近散 射到另一个极值附近的散射。 分类：A、弹性散射 B、非弹性散射 （2）中性杂质散射——在低温下重掺杂半导 体中发生. （3）位错散射——位错密度104cm-2时发 生具有各向异性的特点. （4）载流子与载流子间的散射 ——在强简并下发生 电子在电场的作用下（沿电场反方向）定向运动，这种运动就叫漂移运动。 Ec 迁移率与有效质量的关系：对等能面为旋转椭球面的多极值半导体，沿晶的不同方向有效质量不同，故 为电导迁移率，迁移率与有效质量的关系应表征为 Si在300K下的电子迁移率和空穴迁移率 电子的迁移率大于空穴的迁移率，是因为电子的有效质量小于空穴的有效质量。 因此，提高载流子的迁移率的主要方法有： （1）