載流子的漂移擴(kuò)散愛因斯坦關(guān)系式演示文稿

載流子的漂移擴(kuò)散愛因斯坦關(guān)系式演示文稿第一頁，共十七頁。優(yōu)選載流子的漂移擴(kuò)散愛因斯坦關(guān)系式第二頁，共十七頁。若半導(dǎo)體中非平衡載流子濃度不均勻，同時(shí)又有外加電場(chǎng)的作用，載流子要同時(shí)做

半導(dǎo)體總的電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散電流漂移電流1、載流子的漂移運(yùn)動(dòng)第三頁，共十七頁。外加電場(chǎng)，電子漂移電流密度為

(5-109)空穴漂移電流密度為

漂移電流：電子、空穴電流都與電流方向一致除了平衡載流子以外，非平衡載流子對(duì)漂移電流有貢獻(xiàn)。(5-110)第四頁，共十七頁。圖示n型的均勻半導(dǎo)體，x方向加一均勻電場(chǎng)，表面處光注入非平衡載流子。第五頁，共十七頁。少數(shù)載流子空穴電流密度為

電子電流密度為

(5-111)(5-112)第六頁，共十七頁。

通過對(duì)非平衡載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的討論，明顯看出，遷移率是反映載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)難易程度物理量，而擴(kuò)散系數(shù)反映存在濃度梯度時(shí)載流子運(yùn)動(dòng)難易程度。？擴(kuò)散系數(shù)遷移率第七頁，共十七頁。2、愛因斯坦關(guān)系(n型半導(dǎo)體為例)2.1濃度梯度引起內(nèi)建電場(chǎng)熱平衡狀態(tài)摻雜不均勻的n型半導(dǎo)體n0(x)梯度引起擴(kuò)散電流電中性條件被破壞，引起內(nèi)建電場(chǎng)考慮漂移電流n=n0(x)第八頁，共十七頁。(5-113)(5-114)(5-116)(5-115)電子（空穴）擴(kuò)散電流密度電子（空穴）漂移電流密度電子（空穴）漂移電流密度第九頁，共十七頁。平衡時(shí)，不存在宏觀電流，因此電場(chǎng)的方向必然使反抗擴(kuò)散電流，是平衡時(shí)電子的總電流和空穴的總電流分別為0。(5-117)(5-118)(5-119)第十頁，共十七頁。注意:當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)電場(chǎng)時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)各處電勢(shì)不相等,是x函數(shù)，寫為V(x),則

(5-120)在考慮電子能量時(shí)，必須計(jì)入附加的靜電勢(shì)能（-qV（x））。第十一頁，共十七頁。對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底的能量是變化的EC(x)=EC(0)+(-q)V(x)電子的濃度(5-121)第十二頁，共十七頁。求導(dǎo)得(5-122)將(5-120)(5-122)代入(5-119)得到得到(5-123)第十三頁，共十七頁。非簡(jiǎn)并情況下，愛因斯坦關(guān)系式注：雖然D，μ的關(guān)系是針對(duì)平衡載流子推導(dǎo)出來的，但實(shí)驗(yàn)證明對(duì)非平衡載流子同樣成立，因?yàn)閯偧ぐl(fā)的非平衡載流子雖具有和平衡時(shí)的載流子不同的速度和能量，但由于晶格的作用，在比壽命短的多的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了平衡。第十四頁，共十七頁。歸納：1、該關(guān)系適合于平衡，非平衡非簡(jiǎn)并情況；2、非均勻載流子濃度會(huì)引起擴(kuò)散；3、由于載流子的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致自建場(chǎng)；4、有電場(chǎng)存在則能帶發(fā)生變化；5、非簡(jiǎn)并情況下第十五頁，共十七頁。

由愛因斯坦關(guān)系式，已知的遷移率數(shù)據(jù)，可以得到擴(kuò)散系數(shù)。k0T/q=(1/40)V，Si:μn=1400cm2/(V·s),μp=500cm2/(V·s)Dn=35cm2/s，Dp=13cm2/s。Ge:μn=3900cm2/(V·s),μp=1900cm2/(V·