4半导体的导电性

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半导体物理学

第四章、 半导体的导电性本章在已知电子和空穴在导带和价带的分布 情况的情况下，讨论载流子在外加电场下的运 动规律。 目的：??

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主要内容：– – – – – – 载流子的漂移运动 迁移率 载流子的散射 迁移率与杂质浓度和温度的关系 电阻率与杂质浓度和温度的关系 强场下的效应 热载流子 多能谷散射

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4、半导体中主要的两种散射机构是什么？在 有多种散射机构存在的情况下，为什么迁移率 主要由自由时间短的机理决定？ (2006) 9、(16分)在T=300K下，一N型半导体Si样 品，测得的电阻率为0.1 -cm。 (1)求此时的电子浓度和空穴浓度(查图)。 (2)若在此样品中，再掺入9 1016cm-3P型杂 质，求此时样品的电阻率、多子浓度和少子浓 度。并求出此时多子的迁移率(查图)。 (2006)

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6、一N型硅样品杂质浓度为ND1,经扩 硼B后(掺杂浓度为NA)样品变为P型； 再经扩磷P(杂质浓度为ND2)样品又变 为N型，此时载流子浓度为多少？与未扩 散前的N型样品相比，迁移率有何变化？ 7、半导体的电阻率通过掺杂可以敏感 地控制，“掺入百万分之一的杂质，可 以引起电阻率百万倍变化”,以硅为例， 忽略掺杂对迁移率的影响，粗略估算证 明之。第4页2010年11月26日星期四

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9、(16分)什么是载流子的迁移率？迁移率与 载流子的平均自由时间成正比。有两种载流子 的散射机构，平均自由时间分别为 1, 2,如 果 1〉 2,总迁移率是不是由 1散射机构决定？ 解释之。

12、(18分)当温度升高时，本征半导体 的电阻率与金属的电阻率随温度变化有 何不同？为什么？一块N型样品的电阻率 随温度的变化又如何？解释之。第5页2010年11月26日星期四

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§ 4.1 载流子的漂移运动 1. 欧姆定律j E

2. 漂移运动和迁移率

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§ 4.1 载流子的漂移运动2. 漂移速度和迁移率

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§ 4.1 载流子的漂移运动2. 漂移速度和迁移率半导体中载流子受电场作用，将做定向的漂移运动， 定向运动的平均速度称为平均漂移速度v

j nqv其中n为载流子的浓度，q为载流子的电量 实验显示，在弱电场下，载流子的漂移速度v与电场 成正比E

v E

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2. 漂移速度和迁移率 称为迁移率定义为单位电场作用下载流子获得平均速度，反映了载 流子在电场作用下输运能力，是反映半导体及其器件导 电能力的重要参数

j nq E与欧姆定律比较得到电导率与迁移率的关系式

nq

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3. 半导体的电导率和迁移率半导体中有电子和空穴两种载流子，电场作用下的电流密度

j j n j p ( nq n pq p ) E得到电导率与迁移率的关系式

nq n pq p

1 qn n qp p

一般情形，半导体电子和空穴的迁移率在同一数量级 ，因此，其电导率主要由多数载流子决定

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§ 4.2 载流子的散射 1. 载流子散射的概念j nqv电流密度恒定，而不能无限增大？?

任何破坏严格周期势场的因素都可以引起载流子的 散射，正是由于散射的存在使得漂移速度得到限制

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载流子散射概念– 由于载流子的不断于晶格和杂质原子碰撞， 只有在两次碰撞之间是自由的。 – 平均自由时间：两次碰撞之间的时间 。 – 平均自由程：两次散射之间自由运动的平均 路程。 – 存在电场时，载流子作自由运动和电场下的 漂移运动。

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§ 4.2 载流子的散射2. 半导体的主要散射机制1)电离杂质散射 什么是电离杂质散射？为什么会产生电离散射？库仑场 电离散射对载流子的影响？图 电离散射强度跟什么有关系？其数学表达式？

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电离杂质的影响与掺杂浓度有关，掺杂越 多，载流子和电离杂质相遇而被散射的机 会也就越多，即电离杂质散射是随着掺杂 浓度增加而增强的。 电离杂质散射的强弱也和温度有关，这是 因为载流子热运动的速度是随温度升高而 增大的，而对于同样的吸引和排斥作用， 载流子运动速度越大，所受影响相对的越 小。 浓度为Ni的电离杂质对载流子的散射几率 Pi与温度的关系为Pi NiT-3/2第14页2010年11月26日星期四

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§ 4.2 载流子的散射2. 半导体的主要散射机制2)晶格散射

什么是晶格散射？ 在一定温度下，原子在其平衡位置附近作热振动， 称为晶格热振动。由这种晶格振动而引起的载流 子的散射叫做晶格散射；

为什么会产生晶格散射？格波，声学波 晶格散射强度跟什么有关

系？其数学表达 式？第15页2010年11月26日星期四

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§ 4.2 载流子的散射2. 半导体的主要散射机制2)晶格散射

由于晶格热振动随温度的增高而加强，所以当 温度升高时，对载流子的晶格散射也将增强； 进一步理论推导表明，晶格热振动对电子散射 几率Ps 正比于温度的3/2 次方，即：

Ps T3/2

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