DHFC-1多功能薄膜特性測(cè)試系統(tǒng)使用說(shuō)明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)概述DHFC-1型功能薄膜特性測(cè)試儀由四探針測(cè)試儀和非晶硅薄膜電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x組成的多用途綜合測(cè)量裝置。四探針測(cè)試儀是運(yùn)用四探針測(cè)量原理，它可以測(cè)量片狀、塊狀半導(dǎo)體材料的徑向和軸向電阻率，測(cè)量擴(kuò)散層的薄層電阻（亦稱方塊電阻）、功能材料暗電導(dǎo)和光電導(dǎo)及溫度的變化的特性，還可以對(duì)金屬導(dǎo)體的低、中值電阻進(jìn)行測(cè)量。四探針測(cè)試儀由主機(jī)、測(cè)試架等部分組成，測(cè)試結(jié)果由數(shù)字表頭直接顯示。主機(jī)主要由高靈敏度直流數(shù)字電壓表和高穩(wěn)定度恒流源組成。測(cè)試探頭采用寶石導(dǎo)向軸套和高耐磨碳化鎢探針制成，故

2、定位準(zhǔn)確、游移率小、壽命長(zhǎng)。非晶硅薄膜電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x由樣品室、溫控系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、高阻測(cè)量系統(tǒng)等部分組成。儀器具有測(cè)量精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、測(cè)量范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便等特點(diǎn)。儀器適用于半導(dǎo)體材料廠、半導(dǎo)體器件廠、科研單位、高等院校對(duì)半導(dǎo)體材料的電阻性能的測(cè)試二、技術(shù)參數(shù)四探針測(cè)試儀：1、測(cè)量范圍：電阻率：0.001200.cm； 方塊電阻：0.012000/； 電導(dǎo)率：0.0051000 s/cm； 電阻：0.001200.cm；2、可測(cè)晶片直徑：200mmX200mm3、探針間距：10.01mm；針間絕緣電阻：1000M； 機(jī)械游移率：0.3%；探針：碳化鎢或高速鋼0.5mm；探針壓

3、力：516 牛頓(總力)；4、恒流源:電流量程分為0.1、1、10、100(mA)四檔,各檔電流連續(xù)可調(diào)。誤差1000M： 精度:0.1%。非晶硅薄膜電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x：1、本底真空度：10Pa2、氣壓可控范圍：10400Pa3、襯底加熱溫度：室溫2004、指針式高阻計(jì)：電阻測(cè)量范圍：110611017 精度：10%微電流測(cè)試：110-5110-14A 精度：20%額定電壓：10、100、250、500、1000V 精度： 5%三、工作原理測(cè)試原理：直流四探針法測(cè)試原理簡(jiǎn)介如下：圖1、四探針法測(cè)量原理圖1、體電阻率測(cè)量：當(dāng)1、2、3、4四根金屬探針排成一直線時(shí)，并以一定壓力壓在半導(dǎo)體材料上，在1、4

4、兩處探針間通過(guò)電流I，則2、3探針間產(chǎn)生電位差V。 材料電阻率： 11探針系數(shù)： 12式中：S1、S2、S3分別為探針 1 與 2，2 與 3，3 與 4 之間的距離，S1=S2=S3=1mm，每個(gè)探頭都有自己的系數(shù)。C6.280.05，單位為cm。若電流取I=C 時(shí)，則V，可由數(shù)字電壓表直接讀出。塊狀和棒狀樣品體電阻率測(cè)量：由于塊狀和棒狀樣品外形尺寸與探針間距比較，合乎于半無(wú)限大的邊界條件，電阻率值可以直接由（11）式求出。（b）簿片電阻率測(cè)量 簿片樣品因?yàn)槠浜穸扰c探針間距比較，不能忽略，測(cè)量時(shí)要提供樣品的厚度形狀和測(cè)量位置的修正系數(shù)。電阻率值可由下面公式得出： 13式中：為塊狀體電阻率測(cè)量

5、值；：為樣品厚度（um）；： 為探針間距（mm）；：為樣品厚度修正函數(shù)，可由附錄1A或附錄1B查得；：為樣品形狀和測(cè)量位置的修正函數(shù)，可由附錄2查得。當(dāng)圓形硅片的厚度滿足0.5時(shí)，電阻率為： 14式中 Ln2 為 2 的自然對(duì)數(shù)。當(dāng)忽略探針幾何修正系數(shù)時(shí)，即認(rèn)為 C=2S 時(shí)： 152、擴(kuò)散層的方塊電阻測(cè)量當(dāng)半導(dǎo)體薄層尺寸滿足于半無(wú)限大時(shí)： 16若取I 4.53I0，I0為該電流量程滿度值，則R0值可由數(shù)字表中直接讀出的數(shù)乘上10后得到。四、結(jié)構(gòu)特征DHFC-1型功能薄膜特性測(cè)試儀是運(yùn)用四探針測(cè)量原理的多用途綜合測(cè)量設(shè)備。該儀器按照單晶硅物理測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并參考美國(guó) A.S.T.M 標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)

6、計(jì)的，專用于測(cè)試半導(dǎo)體材料電阻率及方塊電阻(薄層電阻)的專用儀器。儀器由主機(jī)、測(cè)試臺(tái)、四探針探頭、等部分組成，測(cè)量數(shù)據(jù)既可由主機(jī)直接顯示。儀器主體部分由高靈敏度直流數(shù)字電壓表（由調(diào)制式高靈敏直流電壓放大器、雙積分 A/D 變換器、計(jì)數(shù)器、顯示器組成）、恒流源、電源、DC-DC 變換器組成。為了擴(kuò)大儀器功能及方便使用，還設(shè)立了單位、小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)顯示電路、電流調(diào)節(jié)電路。儀器+12V 電源經(jīng)過(guò) DC-DC 變換器，由恒流源電路產(chǎn)生一個(gè)高穩(wěn)定度恒定直流電流，其量程分別為100A、1mA、10mA、100 mA五檔。在各檔電流量程中，輸出電流值均連續(xù)可調(diào)。此恒定電流輸送到 1、4探針上，在樣品上產(chǎn)生一個(gè)直

7、流電位差，被 2、3 探針檢出，由高靈敏度、高輸入阻抗的直流電壓放大器中將直流電壓信號(hào)放大（放大量程有200mV一檔），再經(jīng)過(guò)雙積分 A/D 變換器將模擬量變換為數(shù)字量，經(jīng)由計(jì)數(shù)器、單位、小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路顯示出測(cè)量結(jié)果。 圖一、測(cè)試臺(tái)圖一、測(cè)試儀 1、電源開關(guān) 2、電流調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)旋鈕3、電流調(diào)節(jié)粗調(diào)旋鈕 4、電流換向開關(guān)5、測(cè)試信號(hào)輸入 6、數(shù)字電壓表 7、數(shù)字電流表 8、電流輸出量程轉(zhuǎn)換開關(guān)五、使用方法：DHFC-1型功能薄膜特性測(cè)試儀能夠測(cè)量普通電阻器的電阻（V/I 之比，不乘系數(shù)）、體電阻率、薄片電阻率、擴(kuò)散層的方塊電阻，（后三項(xiàng)需乘上不同的系數(shù)）。操作概述：（1）、測(cè)試準(zhǔn)備：將 220

8、V電源插頭插入電源插座，電源開關(guān)置于斷開位置，工作選擇開關(guān)置于“短路”位置。（2）、將測(cè)試架的插頭與主機(jī)的輸入插座連接起來(lái)，松開測(cè)試架立柱處的高度調(diào)節(jié)手輪，將探頭調(diào)到適當(dāng)位置和高度，測(cè)試樣品應(yīng)進(jìn)行噴砂和清潔處理，放在樣品架上，使探針能與其表面良好接觸，并保持一定壓力；調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度使之達(dá)到要求的測(cè)試條件。2測(cè)量：將電源開關(guān)置于開啟位置，數(shù)字顯示亮，儀器通電預(yù)熱30分鐘。將電流極性開關(guān)撥至左方，撥動(dòng)電流量程開關(guān)，置于樣品測(cè)量所適合的電流量程范圍，電流調(diào)節(jié)電位器調(diào)到適合的電流值，檢查數(shù)字電壓表是否顯示為“000.00”，調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)開關(guān)輸出恒定電流，即可由數(shù)字電流表和單位顯示燈直接讀出電流值。再通過(guò)

9、電壓表讀出測(cè)量值。如果數(shù)字出現(xiàn)閃爍，則表示測(cè)量值已超過(guò)此電壓量程，應(yīng)將輸出電流值量程開關(guān)撥到更低檔；同時(shí)調(diào)節(jié)合適的電流。將極性開關(guān)撥至右方（負(fù)極性）從數(shù)字顯示板和單位顯示燈可以讀出負(fù)極性的測(cè)量值；將兩次測(cè)量獲得的電阻率值取平均，即為樣品在該處的電阻率值。測(cè)量電阻、方塊電阻時(shí)，可以按表 1 所示的電壓、電流量程進(jìn)行選擇。電流電阻電壓200mv100mA210mA201mA200100A2000表 1 電阻及薄層電阻測(cè)量時(shí)電壓、電流量程選擇測(cè)量電阻率時(shí)，預(yù)估的樣品電阻率范圍和應(yīng)選擇的電流范圍對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 2 所示。電阻率范圍（-cm）電流檔0.012100mA0.008-0.610mA0.4-60

10、1mA40-1200100A表 2 測(cè)量電阻率所要求的電流值3棒狀、塊狀樣品電阻率測(cè)量，按測(cè)量步驟進(jìn)行，由表3選擇電壓電流量程。若將電流 I 值調(diào)節(jié)到與 C 相等，（C6.28。C 為探針修正系數(shù)。）則=V，顯示值等于樣品的電阻率值。4.薄片電阻率測(cè)量，按測(cè)量步驟進(jìn)行，根據(jù)表 3 選擇電壓和電流量程。當(dāng)薄片厚度0.5mm 時(shí)，按公式（1-3）計(jì)算。當(dāng)薄片厚度0.5mm 時(shí)，按公式（1-4）計(jì)算。5.方塊電阻測(cè)量，按測(cè)量步驟進(jìn)行。電流電壓量程按表 1 選擇，當(dāng)將恒流源輸出電流 I值調(diào)至等于 4.53 時(shí)，此時(shí)從數(shù)字表上讀出的數(shù)值再乘上 10 即為實(shí)際的方塊電阻值。6.電阻（V/I）測(cè)量，用四端子

11、測(cè)量線作輸入線，按圖5所示夾持好樣品，按測(cè)量步驟進(jìn)行；由表1選擇適合的電流量程；再調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)，將電流值調(diào)到該量程滿度值（10.000）；再轉(zhuǎn)至測(cè)量位置，此時(shí)數(shù)字表上讀出的數(shù)值為樣品的電阻值。儀器在中斷測(cè)試時(shí)應(yīng)將工作選擇開關(guān)置于“斷”位置。 附錄A： 樣品厚度修正系數(shù)樣品厚度較薄：=0.0010.58W：樣品厚度（m）；S：探針間距（mm）W/SW01234567890.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.200.210.220.230.240.250.260.27010

12、2030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270.000.007.014.022.029.036.043.051.058.065.072.079.087.094.101.108.115.123.130.137.144.151.159.166.173.180.188.195.001.008.015.022.030.037.044.051.058.066.073.080.087.095.102.109.116.123.131.138.145.152.159.167.174.181.188.195.001.0

13、09.016.023.030.038.045.052.059.066.074.081.088.095.102.110.117.124.131.139.145.153.160.167.175.182.189.196.002.009.017.024.031.038.045.053.060.067.074.082.089.096.103.110.118.125.132.139.146.154.161.168.175.183.190.197.003.010.017.025.032.039.046.053.061.068.075.082.089.097.104.111.118.126.133.140.1

14、47.154.162.169.176.183. .190.198.004.011.018.025.032.040.047.054.061.069.076.083.090.097.105.112.119.126.133.141.148.155.162.170.177.184.191.199004.012.019.026.033.040.048.055.062.069.077.084.091.098.105.113.120.127.134.141.149.156.163.170.177.185.192.199.005.012.019.027.034.041.048.056.063.070.077.

15、084.092.099.106.113.120.128.135.142.149.157.164.171.178.185.193.200.006.013.020.027.035.042.049.056.063.071.078.085.092.100.107.114.121.128.136.143.150.157.164.172.179.186.193.201.006.014.021.028.035.043.050.057.064.071.079.086.093.100.107.115.122.129.136.144.151.158.165.172.180.187.194.201附錄A： 樣品厚度

16、修正系數(shù)樣品厚度較?。?0.0010.58W：樣品厚度（m）；S：探針間距（mm）W/SW01234567890.280.290.300.310.320.330.340.350.360.370.380.390.400.410.420.430.440.450.460.470.480.490.500.510.520.530.540.550.560.570.58280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510520530540550560570580.202.209.216.224.231.238.245

17、.252.260.267.274.281.288.296.303.310.317.324.331.338.346.353.360.367.374.381.388.395.402.409.416.203.210.217.224.232.239.246.253.260.268.275.282.289.296.303.311.318.325.332.339.346.353.360.368.375.382.389.396.402.409.416.203.211.218.225.232.239.247.254.261.268.275.283.290.297.304.311.319.326.333.340

18、.347.354.361.368.375.382.389.396.403.410.417.204 .211.219.226.233.240.247.255.262.269.276.283.291.298.305.312.319.326.333.341.348.355.362.369.376.383.390.397.404.411.418.205.212.219.227.234.241.248.255.263.270.277.284.291.298.306.313.320.327.334.341.348.355.363.370.377.384.391.398.405.411.418.205.21

19、3.220.227.234.242.249.256.263.270.278.285.292.299.306.314.321.328.335.342.349.356.363.370.377.384.391.398.405.412.419.206.214.221.228.235.242.250.257.264.271.278.286.293.300.307.314.321.329.336.343.350.357.364.371.378.385.392.399.406.413.420.207.214.221.229.236.243.250.257.265.272.279.286.293.301.30

20、8.315.323.329.336.343.351.358.365.372.379.386.393.400.407.414.420.208.215.222.229.237.244.251.258.265.273.280.287.294.301.308.316.323.330.337.344.351.358.365.372.379.386.393.400.407.414.421.208.216.223.230.237.245.252.259.266.273.281.289.295.302.309.316.324.331.338.345.352.359.368.373.380.387.394.40

21、1.408.415.422附錄B： 樣品厚度修正系數(shù)樣品厚度較?。?0.011.5W：樣品厚度（m）；S：探針間距（mm）W/S0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.000.00000.00720.01440.02160.02890.03610.04330.05050.05770.06490.100.07210.07940.08660.09380.10100.10820.11540.12260.12980.13710.200.14430.15150.15870.16590.17310.18030.18750.19480.20200.20920.30

22、0.21640.22360.23080.23800.24520.25240.25960.26680.27400.28120.400.28840.29560.30270.30990.31710.32420.33130.33850.34560.35260.500.35970.36680.37380.38080.38780.39480.40180.40870.41560.42240.600.42930.43610.44290.44960.45630.46300.46960.47620.48270.48920.700.49570.50210.50850.51480.52100.52730.53340.

23、53960.54560.55160.800.55760.56350.56940.57510.58090.58660.59220.59780.60330.60870.900.61410.61940.62470.62990.63510.64020.64520.65010.65510.65991.000.66470.66940.67410.67870.68330.68770.69220.69650.70090.70511.100.70930.71340.71750.72150.72550.72940.73330.73710.74080.74451.200.74820.75180.75530.7589

24、0.76220.76560.76890.71220.77540.77861.300.78170.78480.78790.79080.79380.79670.79960.80240.80520.80791.400.81060.81320.81580.81840.82090.82340.82580.82820.83060.83291.500.83520.83750.83970.84190.84410.84620.84830.85030.85240.8544附錄C:形狀和測(cè)量位置的修正系數(shù) (1)圓形薄片直徑d（mm）探針位置距圓心位置距圓心邊緣位置0mm1/4d5mm4mm3mm2mm200.97

25、880.96330.96330.95080.92630.8702230.98390.97190.96620.95380.92950.8739250.98630.97610.96770.95530.93120.8758270.98820.97940.96880.95650.93250.8773300.99040.98320.97020.95800.93420.8793320.99160.98520.97090.95880.93510.8804350.99290.98760.97180.95980.93620.8817380.99400.98940.97250.96060.93710.882940

26、0.99460.99040.97290.96100.93770.8835420.99510.99130.97330.96140.93820.8841450.99570.99240.97380.96200.94880.8849500.99650.99380.97440.96270.94970.8859550.99710.99190.97490.96330.94030.8868570.99730.99520.97510.96350.94060.8871600.99760.99570.97520.96380.94090.8875630.99780.99610.97550.96400.94120.88

27、79650.99790.99630.97570.96410.94140.8881700.99820.99680.97600.96450.94180.8886750.99850.99720.97620.96480.94210.8891800.99860.99760.97640.96500.94240.8895900.99890.99810.97680.96540.94290.89011000.99910.99840.97700.96570.94330.8904圓形薄片測(cè)量位置示意圖（2）矩形薄片（d:邊長(zhǎng)度、a：長(zhǎng)邊長(zhǎng)度、s：探針間距）正方形矩形d/sa/da/d=2a/d=3a/d=41.00

28、.22040.22051.250.27510.27021.50.32630.32860.32861.750.37940.38030.38032.00.43010.42970.42972.50.51920.51940.51943.00.54220.59570.59580.59584.00.68700.71150.71150.71155.00.77440.78870.78880.78887.50.88460.89050.89050.890510.00.93120.93450.93450.934515.00.96820.96960.96960.969620.00.97880.98300.98300.

29、983040.00.99550.99570.99570.99571001.00001.00001.00001.0000矩形薄片形狀示意圖例：在探針平均間距為1mm時(shí)，測(cè)量矩形薄片樣品如下圖示：d/s=2, a/d=2因此 =0.4301非晶硅薄膜電導(dǎo)率的測(cè)量一、引言非晶態(tài)物質(zhì)的特點(diǎn)是原子在空間的排列具有嚴(yán)格的周期性和對(duì)稱性，也就是說(shuō)是長(zhǎng)程有序的。由于非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是被凍結(jié)下來(lái)的非平衡狀態(tài)，所以不具備嚴(yán)格的周期性和對(duì)稱性，在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是長(zhǎng)程無(wú)序的但是，要把分散的原子凝聚成固體，必須依賴一定的結(jié)合力對(duì)于適用于多數(shù)半導(dǎo)體的共價(jià)結(jié)合鍵，這種結(jié)合力主要是一種近程作用力對(duì)于組成成分相同的晶態(tài)和非

30、晶態(tài)半導(dǎo)體，這種結(jié)合力應(yīng)該是相同的例如，在晶態(tài)硅和非晶態(tài)硅中，每個(gè)硅原子都是在SP3雜化軌道的基礎(chǔ)上形成四個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)硅原子以四個(gè)硅原子為最近鄰，而在非晶硅中只是鍵長(zhǎng)和鍵角在一定范圍內(nèi)有些變化通常把近程范圍內(nèi)原子在空間的排列規(guī)律性稱為短程序因此，非晶態(tài)半導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是長(zhǎng)程無(wú)序而短程有序，而且，這種長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)因制備方法和具體條件的不同而有所不同并且造成了非晶態(tài)半導(dǎo)體中的不飽和鍵很多常稱這些不飽和鍵為缺陷態(tài)，大量缺陷態(tài)的存在對(duì)非晶態(tài)半導(dǎo)體中的導(dǎo)電過(guò)程有很大的影響。因此測(cè)量非晶態(tài)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率及其與溫度的關(guān)系，對(duì)了解非晶態(tài)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制，進(jìn)而認(rèn)識(shí)非晶態(tài)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以

31、及在各種條件下結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律性等都具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)量非晶硅（a-Si：H）薄膜的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，并分析其導(dǎo)電機(jī)制。二、原理1、非晶態(tài)半導(dǎo)體的能帶模型 人們提出了各種能帶模型來(lái)說(shuō)明非晶態(tài)半導(dǎo)體的些重要性質(zhì)，其中較有代表性的是Mott-Davis模型。如圖4.1 所示，鑒于能帶的主要特征決定于結(jié)構(gòu)上的短程序，因此非晶態(tài)半導(dǎo)體應(yīng)該有與晶態(tài)半導(dǎo)體類似的能帶結(jié)構(gòu)，即也應(yīng)有可區(qū)別開的價(jià)帶和導(dǎo)帶。考慮到長(zhǎng)程無(wú)序性對(duì)能帶電子態(tài)的影響，而且這種影響對(duì)帶尾電子態(tài)的作用最強(qiáng)，可以認(rèn)為能帶尾部的電子態(tài)被定域化，并存在區(qū)分?jǐn)U展態(tài)與定域態(tài)的遷移率邊，在圖4.1 中由EC 及EV表示。由EC及EV所限定的能

32、量間隙（EC-EV）被稱為遷移率隙。在遷移率隙的中央部分有由大量缺陷形成的缺陷寧域能帶。如果是補(bǔ)償能級(jí)，在遷移率隙的中央處將引人一個(gè)未填滿的定域能帶，這時(shí)費(fèi)米能級(jí)EF位于定域能帶之中，如圖4.1 (a )所示當(dāng)不具有補(bǔ)償能級(jí)時(shí)，缺陷定域態(tài)能帶將分裂成上下兩個(gè)帶，分別與雙電子占據(jù)和單電子占據(jù)相聯(lián)系。對(duì)于懸掛鍵，它們分別與受主作用（Ex）和施主作用（Ey）相聯(lián)系，兩個(gè)帶之間的距離為懸掛鍵接受第二個(gè)電子時(shí)所需的附加能量，稱為相關(guān)能。若上述缺陷態(tài)密度足夠高，費(fèi)米能級(jí)EF將被釘扎在受主帶和施主帶之間，如圖4.1（b）所示。圖4.1在導(dǎo)帶中，EEC的區(qū)域稱為導(dǎo)帶擴(kuò)展態(tài)，EAEEC的區(qū)域稱為導(dǎo)帶帶尾定域態(tài)在

33、價(jià)帶中，EEC的區(qū)域稱為價(jià)帶擴(kuò)展態(tài)，EVEEB的區(qū)域稱為價(jià)帶帶尾定域態(tài)。在擴(kuò)展態(tài)中，電子和空穴仍象晶態(tài)半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶中的自由載流子那樣自由運(yùn)動(dòng)，并有一定的遷移率值（E），但由于長(zhǎng)程無(wú)序的干擾，使非晶態(tài)半導(dǎo)體中電子和空穴的遷移率比晶態(tài)半導(dǎo)體的小得多，例如，對(duì)電子，n100-101cm2/Vs ；對(duì)空穴，p10-2-10-1cm2/Vs。但在帶尾定域態(tài)中，電子和空穴只能通過(guò)與晶格振動(dòng)相互作用交換能量。從一個(gè)定域態(tài)跳躍到另一個(gè)定域態(tài)，進(jìn)行跳躍式導(dǎo)電。因此，遷移率比擴(kuò)展態(tài)中小2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。例如對(duì)電子，n10-3cm2/Vs。特別是當(dāng)T0K時(shí)，定域態(tài)中電子和空穴的遷移率為零。所以Mott等人把擴(kuò)展態(tài)

34、和定域態(tài)的分界EC和EV稱為遷移率邊緣。這就是說(shuō)，遷移率在EC及EV處發(fā)生了陡變。2、非晶半導(dǎo)體的直流電導(dǎo)由上述能帶模型可知，在非晶態(tài)半導(dǎo)體中，存在擴(kuò)展態(tài)、帶尾定域態(tài)和帶隙缺陷定域態(tài)等。而且費(fèi)米能級(jí)EF通常是被釘扎的帶隙之中、基本上不隨溫度變化。因此從低溫到高溫的不同溫度范圍內(nèi)，往往是不同能量范圍的電子對(duì)電導(dǎo)作出主要貢獻(xiàn)在很低的溫度下，在擴(kuò)展態(tài)和帶尾定域態(tài)中的電子都極少，主要是帶隙缺陷定域態(tài)中費(fèi)米能級(jí)EF附近的電子參與導(dǎo)電隨著溫度的升高，當(dāng)帶尾定域態(tài)和擴(kuò)展態(tài)中有顯著的電子時(shí)，由于它們有較高的態(tài)密度和較高的遷移率，可依次成為決定電導(dǎo)的主要因素下面我們將分別討論帶隙缺陷定域態(tài)、帶尾定域態(tài)和擴(kuò)展態(tài)中

35、載流子導(dǎo)電的規(guī)律（1）帶隙缺陷定域態(tài)的電導(dǎo)在低溫下，當(dāng)離EF較遠(yuǎn)的帶尾定域態(tài)和擴(kuò)展態(tài)中的電子極少而對(duì)電導(dǎo)的貢獻(xiàn)可以忽略時(shí)，帶隙缺陷定域態(tài)將對(duì)電導(dǎo)起支配作用。 電子由一個(gè)定域態(tài)到另一個(gè)定域態(tài)的轉(zhuǎn)移，要通過(guò)隧道穿透勢(shì)壘來(lái)實(shí)現(xiàn)但由于相鄰定域態(tài)之間能量上的差異，在波函數(shù)有一定交疊的可以發(fā)生隧道躍遷的定域態(tài)之間的電子轉(zhuǎn)移必須有聲子參與，即通過(guò)吸收或發(fā)射聲子以補(bǔ)償能量躍遷過(guò)程中的能量變化（即電子與晶格發(fā)生相互作用而交換能量）這種躍遷過(guò)程稱為聲子協(xié)助隧穿（或叫熱輔助躍遷），它是一個(gè)熱激活的過(guò)程常把這種導(dǎo)電機(jī)制稱為躍遷導(dǎo)電 電子由一個(gè)定域態(tài)向相距為R 、能量高出W的另一個(gè)定域態(tài)躍遷的幾率（即躍遷的頻率）正比于

36、以下三個(gè)因素： （a）向電子提供能量的振動(dòng)原子的振動(dòng)頻率（即輔助聲子的振動(dòng)頻率）vph；（b）振動(dòng)能量大于兩定域態(tài)能量差W的幾率exp(-W/KgT )；（c）反映波函數(shù)重疊程度的因子exp（-2aR），其中a是電子波函數(shù)的衰減因子（1/a 代表電子波函數(shù)在空間的擴(kuò)展度）。于是躍遷幾率可表示為P= vphexp（-2aR）exp(-W/KgT ), （1）可見躍遷幾率不僅依賴于兩定域態(tài)之間的距離R ，而且依賴于兩定域態(tài)的能量差W。電子在定域態(tài)之間的跳躍與布朗運(yùn)動(dòng)相似，因此若把電子在定域態(tài)之間的躍遷幾率P 看作是粒子相繼跳躍的頻率，而把定域態(tài)之間的距離R看作粒子每一次跳躍在空問(wèn)移動(dòng)的平均距離，則

37、根據(jù)布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)理論，擴(kuò)散系數(shù)可表示為 （2）利用愛因斯坦關(guān)系，可得遷移率為 (3)將（1）式代入（3）式，即得定域態(tài)導(dǎo)電的電子遷移率為 (4)對(duì)于帶隙缺陷定域態(tài)，由于費(fèi)米能級(jí)EF被釘扎在缺陷定域態(tài)的能帶之中，如同金屬中的電導(dǎo)一樣，只有在EF附近KBT能量范圍內(nèi)的電子才具有足夠的跳躍幾率而對(duì)電導(dǎo)率有貢獻(xiàn)。若用g（EF）表示EF附近的態(tài)密度函數(shù)，對(duì)電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的電子濃度可表示為 n=g（EF）KBT (5)因此，電子在帶隙缺陷定域態(tài)之間跳躍造成的電導(dǎo)率為 (6)由此可見，在定域態(tài)的跳躍導(dǎo)電過(guò)程中，由于遷移率的內(nèi)容起了本質(zhì)的變化，即呈現(xiàn)熱激活的性質(zhì)，故這樣的跳躍導(dǎo)電過(guò)程又稱為熱輔助跳躍導(dǎo)電跳躍所需

38、能量W稱為跳躍激活能。近程跳躍導(dǎo)電如果上述跳躍導(dǎo)電過(guò)程所涉及的定域態(tài)能帶很窄，溫度又不很低，以至域態(tài)能帶的寬度與KBT具有相同的數(shù)量級(jí)時(shí)，躍遷幾率對(duì)于躍遷激活能W（它應(yīng)在定域態(tài)能帶的寬度范圍內(nèi)）的變化將不是敏感的也就是說(shuō)，電子依靠熱激活能夠躍遷到定域態(tài)能帶中的任何一個(gè)能態(tài)中去因此，躍遷幾率的大小主要取決于距離R的大小，躍遷將優(yōu)先在距離R較小的狀態(tài)之間進(jìn)行特別是當(dāng)定域化程度很高（1/a很小）以至a和最近鄰間距R0的乘積aR01時(shí)，隨距離R的增加躍遷幾率將迅速下降，這時(shí)躍遷將主要在最近鄰狀態(tài)之間進(jìn)行，因此稱為近程跳躍。對(duì)于上述情形，跳躍間距R0將不隨溫度改變（只要KBTW），所以也稱為定程跳躍。這

39、種定程跳躍導(dǎo)電的電導(dǎo)率可表示為： (7)式中的W2與（6）式中的跳躍激活能W具有相同的含義，其數(shù)值大約為帶隙缺陷定域態(tài)能帶寬度的數(shù)量級(jí)，加上下標(biāo)是為了區(qū)別與后面將要介紹的其它導(dǎo)電機(jī)制中的激活能。(B）變程跳躍導(dǎo)電在極低的溫度下（T-10K），當(dāng)帶隙缺陷定域態(tài)能帶的寬度遠(yuǎn)大于KBT時(shí)、W的大小將顯著影響躍遷幾率，對(duì)于近鄰跳躍，由于W遠(yuǎn)大于KBT，所以熱激活幾率exp（-W/KBT）將變得很小，電子因此將在更大范圍內(nèi)尋求在能量上更為接近的定域態(tài)之間發(fā)生躍遷也就是說(shuō)，尋求躍遷間距R 和跳躍激活W之間的折衷使躍遷幾率P有最大值在此情形下，最有利的跳躍間距將隨溫度的減小而增大，因此稱這種跳躍為變程跳躍。

40、Mott利用簡(jiǎn)單的模型討論了變程跳躍導(dǎo)電問(wèn)題。在以某一定域態(tài)為中心、半徑為R 的球體內(nèi)，能量間距為W的狀態(tài)數(shù)目為，令其為1可以得到間距為R的跳躍所對(duì)應(yīng)的平均激活能為 (8) 可見一般來(lái)說(shuō)，跳躍間距R愈大，激活能W愈小。把（8）式代人（l）式得， (9)當(dāng)取最小值時(shí)，跳躍幾率P最大。由此可得跳躍間距R 的最可幾值R*為 (10)可見，當(dāng)溫度T減小時(shí)，跳躍間距的最可幾值R*增大，這就是稱為變程跳躍的原因。將（10）式代回（9）式就可將發(fā)生變程跳躍的最可幾率表示為 (11) 式中， (12)再將（l1）式代人（3）式及（6）式，就可將變程跳躍導(dǎo)電的電導(dǎo)率表示為 (13)可見變程跳躍導(dǎo)電的電導(dǎo)率具有特殊的溫度依賴關(guān)系ln2T1/4, 通常稱為Mott 1/4定律在不少非晶態(tài)半導(dǎo)體中，有人在低溫下確實(shí)觀察到了這樣的溫度依賴關(guān)系。但由于上述結(jié)論，僅僅是從一個(gè)簡(jiǎn)單的模型得出的，顯然還不夠嚴(yán)格考慮了定域態(tài)中電子之間的庫(kù)侖相互作用后，有人認(rèn)為變程跳躍電導(dǎo)率的溫度依賴關(guān)系為lnT1/2。(2)帶尾定域態(tài)導(dǎo)電前面關(guān)于帶隙缺陷定域態(tài)的跳躍導(dǎo)電的討論原則上也適用于帶尾定域態(tài)的跳躍導(dǎo)電，其中的遷移率仍可寫成（4）式的形式由于費(fèi)米能級(jí)EF通常是被釘扎在帶隙中的，所以激發(fā)到導(dǎo)帶帶尾定域態(tài)中的電子濃度n（E）正比于exp-(EA-EF)/KBT,因此帶尾定域態(tài)跳躍導(dǎo)電的電導(dǎo)率可以寫成如下形式 (14)式