2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體中的載流子

1、半導(dǎo)體中的載流子半導(dǎo)體中的載流子雜質(zhì)電離能與雜質(zhì)補(bǔ)償 晶體中存在雜質(zhì)時(shí)，在禁帶中出現(xiàn)的能級(jí)： 由于雜質(zhì)替代母體晶體原子后改變了晶體的局部勢(shì)場(chǎng)，使一部分電子能級(jí)從許可帶中分離出來。 例如，ND個(gè)施主的存在使得導(dǎo)帶中有ND個(gè)能級(jí)下移到ED處； NA個(gè)受主的存在則使得NA個(gè)能級(jí)從價(jià)帶上移至EA處。 雜質(zhì)能級(jí)是因?yàn)槠茐牧司Ц竦闹芷谛砸鸬摹ｎ悮淠Ｐ?晶體中摻入與基質(zhì)原子只差一個(gè)價(jià)電子的雜質(zhì)原子并形成替位式雜質(zhì)時(shí)，其影響可看作是在周期性結(jié)構(gòu)的均勻背景下疊加了一個(gè)“原子”，這個(gè)原子只有一個(gè)正電荷和一個(gè)負(fù)電荷，與氫相似，可借用氫原子能級(jí)公式處理。 引入修正： 1.考慮晶格的周期性，用有效質(zhì)量m*代替慣性質(zhì)量

2、m0。 2.考慮介質(zhì)極化的影響，用介質(zhì)的介電常數(shù)代替真空介電常數(shù)。 雜質(zhì)電離能可寫為： 其中， 為氫原子的基態(tài)電離能； 為母體的相對(duì)介電常數(shù)。 這一數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。淺能級(jí)：電離能很小，距能帶邊緣（導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂）很近的雜質(zhì)能級(jí)。深能級(jí)：電離能較大，距能帶邊緣較遠(yuǎn)，而比價(jià)接近禁帶中央。雜質(zhì)具有施主或受主的性質(zhì)，在禁帶中引入雜質(zhì)能級(jí)。 除去雜質(zhì)原子外，其他晶格結(jié)構(gòu)上的缺陷也可以引進(jìn)禁帶中的能級(jí)。雜質(zhì)補(bǔ)償 一塊半導(dǎo)體中同時(shí)存在兩種類型的雜質(zhì)，這時(shí)半導(dǎo)體的類型主要取決于摻雜濃度高的雜質(zhì)。 例如，Si中P的濃度大于B的濃度，則表現(xiàn)為N型半導(dǎo)體。 雜質(zhì)補(bǔ)償作用：半導(dǎo)體中同時(shí)存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，施主

3、和受主之間相互抵消的作用。常溫下，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)主要取決于摻雜水平；高溫下，本征激發(fā)占主導(dǎo)地位。NP。 雜質(zhì)提供的載流子數(shù)基本不變，而本征激發(fā)的載流子濃度迅速增加。 載流子的濃度與溫度及摻雜情況密切相關(guān)。 固體能帶是由大量的、不連續(xù)的能級(jí)組成的。每一量子態(tài)都對(duì)應(yīng)于一定的能級(jí)。在熱平衡下，能量為E的狀態(tài)被電子占據(jù)的幾率為： 電子遵循費(fèi)米-狄拉克（Fermi-Dirac）統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。費(fèi)米分布函數(shù)BB 在絕對(duì)零度時(shí)： EEF時(shí)，f(E)=0； E=EF時(shí)，f(E)發(fā)生突變。 在溫度很低時(shí)： 表示在費(fèi)米能級(jí)，被電子填充的幾率和不被電子填充的幾率是相等的。波爾茲曼（Boltzmann）分布函數(shù)當(dāng)E-EFkBT時(shí),BBBB 費(fèi)米分布函數(shù)或玻爾茲曼函數(shù)本身并不給出某一能量的電子數(shù)，只給出某一能態(tài)被電子占據(jù)的概率。 為了確定某一能量的電子數(shù)，必須知道該能量處的能態(tài)數(shù)： 定義單位體積，單位能量間隔的量子態(tài)數(shù)（即狀態(tài)密度）為g（E）。 則在能帶中能量E與E+dE之間的能量間隔dE內(nèi)的量子態(tài)數(shù)為g（E）dE。 此能量范圍內(nèi)的電子數(shù)為： dn=g(E)f(E)dE平衡態(tài)下的導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度 設(shè)導(dǎo)帶具有球形