無(wú)機(jī)材料物理性能7-2

1、12022年年4月月30日日2iien34l對(duì)理想晶體：因?yàn)闊o(wú)運(yùn)動(dòng)阻力，電子遷移率可近似認(rèn)為無(wú)限大。l對(duì)實(shí)際晶體：既有晶格熱振動(dòng)，又有缺陷，電子運(yùn)動(dòng)受阻，遷移率變小。5v經(jīng)典自由電子模型經(jīng)典自由電子模型221atS emeEa/eemeEmeEattattSv221 21221eemeEv 6v量子力學(xué)理論量子力學(xué)理論22220dkEdh4eEa12222*dkEd4hm*mem*電子的有效質(zhì)量電子的有效質(zhì)量7vm*電子的有效質(zhì)量電子的有效質(zhì)量emm emm m* 89散射的兩個(gè)原因散射的兩個(gè)原因1、晶格散射、晶格散射晶格振動(dòng)引起的散射叫做晶格散射；溫度越高，晶格振動(dòng)引起的散射叫做晶格散射；溫

2、度越高，晶格振動(dòng)越強(qiáng)對(duì)載流子的晶格散射也將增強(qiáng)，遷移晶格振動(dòng)越強(qiáng)對(duì)載流子的晶格散射也將增強(qiáng)，遷移率降低。率降低。2、電離雜質(zhì)散射、電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射 的影響與摻雜濃度有關(guān)，摻雜琥的影響與摻雜濃度有關(guān)，摻雜琥多，載流子和電離雜質(zhì)相遇而被散射多，載流子和電離雜質(zhì)相遇而被散射 的機(jī)會(huì)也就越多。的機(jī)會(huì)也就越多。溫度越高，散射作用越弱。高摻雜時(shí)，溫度越高，遷溫度越高，散射作用越弱。高摻雜時(shí)，溫度越高，遷移率越小移率越小。10根據(jù)能帶理論，只有根據(jù)能帶理論，只有導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)帶中的電子或或價(jià)帶價(jià)帶頂?shù)目昭數(shù)目昭ú拍軈⑴c導(dǎo)電。才能參與導(dǎo)電。金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)金屬、半導(dǎo)體和絕緣

3、體的能帶結(jié)構(gòu)11半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)12本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)13載流子只由半導(dǎo)體晶格本射提供，是由載流子只由半導(dǎo)體晶格本射提供，是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，其濃度與溫度呈指數(shù)關(guān)系。熱激發(fā)產(chǎn)生的，其濃度與溫度呈指數(shù)關(guān)系。空帶中的電子導(dǎo)電和價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電同空帶中的電子導(dǎo)電和價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電同時(shí)存在，載流子電子和空穴和濃度是相等的。時(shí)存在，載流子電子和空穴和濃度是相等的。本征電導(dǎo)本征電導(dǎo)本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體14 kTEEexpkTEEexp11EFffe 21c232*e22cEEhm821EG15 kTEEhfe111EFkTEEfe11kTEEfekTEE

4、mmhkTnnvchehe2exp2243232kT2EexpNg16EfEcEDEvEfEvEcEAn型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體n型與型與p型半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)17雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能影響很大 雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為n n型型( (可提供電子可提供電子) )和和p p型型( (吸收電子，造成空穴吸收電子，造成空穴) )。摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為n n半導(dǎo)體，摻入半導(dǎo)體，摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為p p半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。18n n型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中：kTEENNnDCDCe2exp21DCD

5、CfNNkTEEEln212119p p型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中：kTEENNnVAAVh2exp21kTENNiAV2exp21VAAVfNNkTEEEln212120本征電導(dǎo)率：本征電導(dǎo)率：n n型半導(dǎo)體電導(dǎo)率：型半導(dǎo)體電導(dǎo)率：ekTENenenheghhee2expekTENNekTENeiDCheg2exp2exp2121 第一項(xiàng)與雜質(zhì)濃度無(wú)關(guān)。第二項(xiàng)與施主雜質(zhì)濃度 有關(guān)，因?yàn)?，故在低溫時(shí)，上式第二項(xiàng)起主要作用；高溫時(shí)雜質(zhì)能級(jí)上的有關(guān)電子已全部離解激發(fā)，溫度繼續(xù)升高時(shí)，電導(dǎo)率增加是屬于本征電導(dǎo)性（即第一項(xiàng)起主要作用）。本征半導(dǎo)體或高溫時(shí)的雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可簡(jiǎn)寫為：DNigE

6、E kTEg2expekTENNeNeeiAVhekTEg2exp212 型半導(dǎo)體：p22本征半導(dǎo)體和高溫時(shí)的雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率本征半導(dǎo)體和高溫時(shí)的雜質(zhì)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系為：與溫度的關(guān)系為：kTEg2/exp023電阻率與溫度的關(guān)系：電阻率與溫度的關(guān)系：kTEkTEgg2lnln2/exp0024實(shí)際晶體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)與溫度關(guān)系如下：實(shí)際晶體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)與溫度關(guān)系如下：( (a)a)中表示在該溫度區(qū)間具有始終如一的電子躍遷機(jī)構(gòu)；中表示在該溫度區(qū)間具有始終如一的電子躍遷機(jī)構(gòu)； ( (b)b)中表示在低溫區(qū)以雜質(zhì)電導(dǎo)為主，高溫區(qū)以本征電導(dǎo)為主；中表示在低溫區(qū)以雜質(zhì)電導(dǎo)為主，高溫區(qū)以本征電導(dǎo)為主； ( (c)c)中表示在同一晶體中同時(shí)存在兩種雜質(zhì)時(shí)的電導(dǎo)特性。中表示在同一晶體中同時(shí)存在兩種雜質(zhì)時(shí)的電導(dǎo)特性。25 滿帶：充滿電子的較低能量能帶。 導(dǎo)帶：未充滿電子的較高能量能帶，可以起導(dǎo)電作用。 價(jià)帶：價(jià)電子所處能帶。 禁帶（帶隙）：能帶之間的間隙，電子不能停留。 費(fèi)米能級(jí)：電子存在幾率為1/2的能級(jí)；或理解為，0K時(shí)電子所占據(jù)的最高能級(jí)。26 1、本征半