半导体物理课件费米能级和载流子的统计分布.ppt

3.2费米能级和载流子的统计分布 一、费米分布函数 服从泡利不相容原理的电子遵循费米统计规律 K0玻尔兹曼常数，T绝对温度，EF费米能级 费米能级的物理意义：化学势 当系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起的系统的自由能的变化。 二、玻耳兹曼分布函数 通常将可以用玻尔兹曼分布描述的系统称为非简并系统， 而必须用费米分布描述的系统称为简并系统。 对于电子系统，当填充的能级的位置都能满足: 　E-EFk0T 时，可以用玻尔兹曼分布来计算电子的填充几率，此时的电子系统是非简并的； 对于空穴系统，当填充的能级的位置都能满足: 　E-EF-k0T 时，可以用玻尔兹曼分布来计算空穴的填充几率，此时的空穴系统是非简并的。 三、导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度 dE间隔内的电子数目 导带的有效状态密度：将导带中不同能级上分布的电子近似为全部占据导带底能级时该能级上的状态密度。 同理 四、载流子浓度乘积n0p0 总结： 热平衡状态下，对于一定(非简并)的半导体材料， mn*、mp*和Eg确定，浓度积n0p0只由温度决定，与是否掺杂及杂质多少无关。 平衡态非简并半导体n0p0积与EF无关； 平衡态非简并半导体不论掺杂与否，上式都是适用的。 3.3本征半导体的载流子浓度 本征半导体 没有缺陷和杂质的半导体 特点：n0=p0（电中性条件或方程） 求解EF、 n0和p0 注：热平衡条件下，非简并半导体的载流子浓度积等于本征载流子浓度的平方，此式成为系统是否处于热平衡状态的判据。