微觀粒子的運動ppt課件

1、South China Normal University微觀粒子的運動微觀粒子的運動 歐姆定律歐姆定律半導體的導電性半導體的導電性 漂移速度和遷移率漂移速度和遷移率載流子散射載流子散射 半導體的電導率和遷移率半導體的電導率和遷移率遷移率與雜質和溫度的關系遷移率與雜質和溫度的關系South China Normal UniversityI=V/ R 4-1 R=L/S； 4-2: 電阻率 , m ；cm L：導體的長度；S：截面積 =1/ 4-3 ：電導率，-1cm-1 在一定的V，L，S下，不同的導體的導電性能是由電阻率或電導率決議的。 1、歐姆定律、歐姆定律South China Norm

2、al UniversityR=L/S 代入 I=V/ R 得 ： I= VS/L= VS/L= SE 電流密度：J= I/S歐姆定律微分方式： 電流密度：J=|E| 4-7 |E|=V/L E：V/cm; J：A/cm2 在一定的電場強度下，J由電導率決議。 1、歐姆定律、歐姆定律South China Normal University 2、微觀粒子的運動、微觀粒子的運動 微觀粒子的平均熱運動動能=3/2kT k：波爾茲曼常數，1.38010-23 J/K; 8.6210-5eV/K 1/2mV2=3/2kT； 自在電子300 K溫度下： V1 .2107cm/s=1 .2105m/s So

3、uth China Normal University J：單位時間經過垂直于電流：單位時間經過垂直于電流 方向的單位面積的電子電量方向的單位面積的電子電量 電流密度：電流密度：J=-nqVd 4-9 Vd：平均漂移速度：平均漂移速度 由：由：J=|E| Vd=|E| 4-10 J=nq|E| 微觀情況下，電導率：微觀情況下，電導率： = nq遷移率：遷移率：，單位電場強度下電子的平均定向運動速度，單位電場強度下電子的平均定向運動速度，cm2/Vs 3、漂移速度和遷移率、漂移速度和遷移率電子和空穴也在做高速的熱運動。漂移運動：電子或空穴在電場作用下的定向運動。 導電性與電子或空穴的漂移運動有關

4、。South China Normal University導電性:漂移運動電流密度：J= Jn+Jp 4-14 = nqn+pqp|E| n、p：自在電子和自在空穴的 濃度。 由：J=|E| 電導率：= nqn+pqp 4-15對于n型半導體，np：= nqn 4-16對于p型半導體，pn：= pqp 4-17對于本征半導體：= nqn+pqp 4-18 在一定電場強度下，半導體的導電性由載流子濃度和載流子遷移率決議的。3、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率South China Normal Universityl遷移率：單位電場強度下電子的平均定向運動速度。 在不同的資料里，

5、電子和空穴的遷移率是不同的。表4-1，98頁 l在不同的摻雜濃度或溫度下，資料的遷移率也不一樣l n-Si；51015cm-3；n=1250 cm2/Vs；l 91016cm-3；n=700 cm2/Vs；l遷移率計算：l漂移速度： Vd=|E|; a= Eq/m*l載流子與原子碰撞前的運動速度l V=at= Eq/m*t；l平均漂移運動速度l V =1/20+ Eq/m*t=1/2 Eq/m*t 3、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率South China Normal Universityl由于載流子的散射具有偶爾性，兩次散射間的自在運動時間t并不一樣，改寫成：l V = Eq

6、/m*；：平均自在運動時間。l = 1/P， 4-39l ：散射幾率的倒數： P：散射幾率l 由 V=E， 得：l = q/m*；l 電子遷移率：n= qn/mn*； 4-43l 空穴遷移率：p= qp/mp* 4-44l遷移率受自在電子或空穴的有效質量決議。l不同的半導體資料，有效質量不同，遷移率也不同。l自在電子的遷移率普通比空穴遷移率大。l 遷移率還受平均自在運動時間的影響，越長，遷移率也就越高。3、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率South China Normal Universityl 半導體的電導率l 對于n型半導體；= nqn = nq2n/mn* 4-45l 對

7、于p型半導體：= pqp = pq2p/mp*l 對本征半導體： = nqn+pqp l = nq2n/mn* + pq 2p/mp* l 載流子散射 l 1電離雜質散射：載流子與電離雜質由于庫侖作用引起的散射。3、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率South China Normal University雜質濃度有關：雜質濃度越大，散射越強，遷移率 越低。 與溫度有關：溫度越大，載流子運動快，散射小，溫度低，載流子運動慢，散射大。 P Ni/ T3/2 4-19 i T3/2/Ni 2晶格振動散射：由于晶格原子振動引起的載流子散射 溫度越高，晶格振動越猛烈，散射越強。聲學波散射：

8、P T3/2 4-29 s T-3/2 溫度高，振動猛烈，散射強，平均自在運動時間短。 光學波散射： 公式4-30 v1:縱光學波振動頻率；hvl:縱光學聲子的能量3、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率South China Normal University3其它要素引起的散射： 中性雜質散射；位錯散射；等能谷間散射、載流子之間的散射。遷移率與雜質和溫度的關系電離雜質散射： P Ni/ T3/2 ；i T3/2/Ni 4-51聲學波散射： P T3/2； s T-3/2 4-52光學波散射： P 1/exp(hvl/K0T)-1；o exp(hvl/K0T)-1 4-53根據= q/m*，得：電離雜質散射： i T3/2/Ni 4-54聲學波散射： s T-3/2 4-55光學波散射： o exp(hvl/K0T)-1 4-563、半導體的電導率和遷移率、半導體的電導率和遷移率Sout