半导体总复习 - 01.ppt

4-1、解：对于重掺杂半导体，在低温时，杂质散射起主体作用，而晶格振动散射与一般掺杂半导体的相比较，影响并不大，所以这时侯随着温度的升高，重掺杂半导体的迁移率反而增加；温度继续增加后，晶格振动散射起主导作用，导致迁移率下降。对一般掺杂半导体，由于杂质浓度较低，电离杂质散射基本可以忽略，起主要作用的是晶格振动散射，所以温度越高，迁移率越低。 4-2、解：迁移率是单位电场强度下载流子所获得的漂移速率。影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。 4-3、解：Si的电阻率与温度的变化关系可以分为三个阶段： 温度很低时，电阻率随温度升高而降低。因为这时本征激发极弱，可以忽略；载流子主要来源于杂质电离，随着温度升高，载流子浓度逐步增加，相应地电离杂质散射也随之增加，从而使得迁移率随温度升高而增大，导致电阻率随温度升高而降低。 温度进一步增加（含室温），电阻率随温度升高而升高。在这一温度范围内，杂质已经全部电离，同时本征激发尚不明显，故载流子浓度基本没有变化。对散射起主要作用的是晶格散射，迁移率随温度升高而降低，导致电阻率随温度升高而升高。 ? 温度再进一步增加，电阻率随温度升高而降低。这时本征激发越来越多，虽然迁移率随温度升高而降低，但是本征载流子增加很快，其影响大大超过了迁移率降低对电阻率的影响，导致电阻率随温度升高而降低。当然，温度超过器件的最高工作温度时，器件已经不能正常工作了。 4-4、证明： 得证。 第四章 半导体中载流子在电磁场中的运动 §4.1 载流子的漂移运动和迁移率 §4.2 载流子的散射 散射理论 §4-3 迁移率及电阻率与温度和杂质浓度的关系(弱电场) §4.4 Boltzman方程 §4.5 强电场效应 §4.6 半导体的霍耳效应 §4.7 半导体的磁阻效应 掌握载流子的漂移运动，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系,霍耳效应。理解强电场效应,磁阻效应 1. 半导体的电导率与散射 μ称为迁移率，表示单位场强下的平均漂移速度，反映了载流子在电场作用下输运能力. 载流子的散射 ● 平均自由程：连续两次散射之间的自由运动的平均路程。 ● 平均自由时间：连续两次散射之间的自由运动的平均时间。 ● 散射几率： P, 描述散射的强弱。 单位时间内一个载流子受到散射的次数。 平均自由时间等于散射几率的倒数 迁移率和电导率与平均自由时间的关系 空穴的迁移率: 电子的迁移率: 电子电导率: 空穴电导率: ← 低温、掺杂浓度高 2. 载流子的散射机构 1. 电离杂质的散射(库仑散射) 2. 晶格散射（格波散射） 纵声学波→原子疏密变化 →附加形变势→能带极值变化→ Eg变化 纵声学波的散射几率Ps与温度的关系为： 纵光学波 离子晶体 极化场 对原子晶体： 主要是纵声学波散射； 对离子晶体(化合物)： 还有纵光学波散射。 低温时，晶格散射较弱主要是电离杂质的散射； 高温时，主要是晶格散射。 散射与温度的关系： T μ T3/2 T -3/2 低温 高温 1019 1018 1017 1015 Ni T 1013 杂质浓度Ni的影响 Ni 小 (＜1017/cm3)，晶格散射显著， μ与Ni无关； Ni大 (＞1017/cm3)，杂质散射显著， μ随Ni的增加而下降。 Ni μ 1017/cm3 3. 半导体材料电阻率与温度和杂质浓度的关系 电阻率的一般公式： N型半导体： P型半导体： 本征半导体： 1 本征半导体材料 T↑，ni↑ ↑ ， ρi↓ ↓ μn+μp→μs∝T-3/2，T↑，μ↓， ρi↑ T↑ρi↓ T ρ 本征半导体材料具有负的电阻温度系数 (1) ρ与ND的关系(T 恒定) ND＜1017/cm3，no≈ND，μ≈μs ND＞1017/cm3， no=nD+≠ND，μ≠μs 2 杂质半导体材料 电阻率 杂质浓度 ND ρ 1017/cm-3 ● 弱电离区 no≈n+D ；μ≈μi T↑，nD+↑，μi↑，ρ↓ T no T μ T ρ 2.ρ与T 的关系(ND恒定) 低温区 ● 饱和区 no= ND， μ≈μs T↑，μ↓，ρ↑ T no ND T μ T ρ 低温区 饱和区 ● 本征区 T↑，ni↑↑， μ↓，ρ↓ T no ND T μ T ρ 低温区 饱和区 本征区 4 强电场效应 在强电场中，迁移率随电场的增加而变化，这种效应称为强电场效应。 电场强度|E| (V/cm) J 、Vd Si(p) Si(n) Ge(p) Ge(n) 7 5 4 3 2 6 5 10 10 10 10 10 10 10 电场强度|E|(V/cm) 平均漂移速度Vd (cm/s