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4.1.載流子的漂移(drift)運動半導體中的載流子在外場的作用下,作定向運動---漂移運動。相應的運動速度---漂移速度。漂移運動引起的電流---漂移電流。第4章半導體的導電性(Electrical

Conductivity)1、drift(漂移)定性分析:遷移率的大小反映了載流子遷移的難易程度??梢宰C明:2Mobility(遷移率)------遷移率單位電場下,載流子的平均漂移速度3影響遷移率的因素不同材料,載流子的有效質(zhì)量不同;但材料一定,有效質(zhì)量則確定。對于一定的材料,遷移率由平均自由時間決定。也就是由載流子被散射的情況來決定的。半導體的主要散射(scatting)機構(gòu):*Phonon(lattice)scattering聲子(晶格)散射*Ionizedimpurityscattering電離雜質(zhì)散射*scatteringbyneutralimpurityanddefects中性雜質(zhì)和缺陷散射*Carrier-carrierscattering載流子之間的散射*Piezoelectricscattering壓電散射能帶邊緣非周期性起伏(1)晶格振動散射聲學波聲子散射幾率:光學波聲子散射幾率:(2)電離雜質(zhì)散射電離雜質(zhì)散射幾率:總的散射幾率:P=PS+PO+PI+----總的遷移率:主要散射機制電離雜質(zhì)的散射:晶格振動的散射:溫度對散射的影響輕摻雜時電離雜質(zhì)散射可忽略遷移率4.2遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系1.遷移率~雜質(zhì)濃度非輕摻雜時雜質(zhì)濃度電離雜質(zhì)散射2.遷移率與溫度的關(guān)系輕摻:忽略電離雜質(zhì)散射μ高溫:晶格振動散射為主μT晶格振動散射μ非輕摻:低溫:電離雜質(zhì)散射為主

T電離雜質(zhì)散射T晶格振動散射4.3載流子的遷移率與電導率的關(guān)系(Mobility~Conductivity)-------毆姆定律的微分形式1.毆姆定律的微分形式2.電流密度另一表現(xiàn)形式3.電導率與遷移率的關(guān)系Ez電導遷移率電導有效質(zhì)量4.4電阻率與摻雜、溫度的關(guān)系1.電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系輕摻雜:μ~常數(shù);n=NDp=NA

電阻率與雜質(zhì)濃度成簡單反比關(guān)系。非輕摻雜{μ:雜質(zhì)濃度μρn、p:未全電離;雜質(zhì)濃度n(p)ρ雜質(zhì)濃度增高時,曲線嚴重偏離直線。原因2.電阻率與溫度的關(guān)系μ:

T電離雜質(zhì)散射μρ

*低溫n(未全電離):Tnρρμ:

T晶格振動散射μρ

*中溫n(全電離):n=ND飽和ρμ:

T晶格振動散射μρ

*高溫n(本征激發(fā)開始):Tnρρ例題例.室溫下,本征鍺的電阻率為47Ω·㎝,(1)試求本征載流子濃度。(2)若摻入銻雜質(zhì),使每106個鍺中有一個雜質(zhì)原子,計算室溫下電子濃度和空穴濃度。(3)計算該半導體材料的電阻率。設(shè)雜質(zhì)全部電離。鍺原子濃度為4.4×/㎝3,μn=3600/V·s且不隨摻雜而變化.解:4.5Hight-FieldEffects(強電場效應)1歐姆定律的偏離電場不太強時:μ與電場無關(guān),歐姆定律成立。電場強到一定程度(103V/cm)后:μ與電場有關(guān),歐姆定律不成立。平均漂移速度隨外電場的增加而加快的速度變得比較慢。飽和漂移速度/極限漂移速度。電場很強時:平均漂移速度趨于飽和解釋:*載流子與晶格振動散射交換能量過程*平均自由時間與載流子運動速度有關(guān)加弱電場時,載流子從電場獲得能量,使載流子發(fā)射的聲子數(shù)略多于吸收的聲子數(shù)。但仍可認為載流子系統(tǒng)與晶格系統(tǒng)保持熱平衡狀態(tài)。加強電場時,載流子從電場獲得很多能量,使載流子的平均能量比熱平衡狀態(tài)時的大,因而載流子系統(tǒng)與晶格系統(tǒng)不再處于熱平衡狀態(tài)。*平均自由時間與載流子運動速度有關(guān)無電場時:平均自由時間與電場無關(guān)低電場時:平均自由時間與電場基本無關(guān)強電場時:平均自由時間由兩者共同決定。與光學波聲子散射載流子從電場獲得的能量大部分又消失,故平均漂移速度可以達到飽和。極強電場時:4.3IntervalleyCarrierTransfer

(能谷間的載流子轉(zhuǎn)移)1IntervalleyScattering(能谷間散射)物理機制:從能帶結(jié)構(gòu)分析n1n2*Centralvalley*Satellitevalley中心谷:衛(wèi)星谷:衛(wèi)星能谷中電子的漂移遠比中心能谷中電子的漂移慢.谷2(衛(wèi)星谷):E-k曲線曲率小1電場很低2電場增強3電場很強2Negetivedifferentialconductance(負微分電導)在某一個電場強度區(qū)域,電流密度隨電場強

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