半導(dǎo)體物理總復(fù)習(xí)2.ppt

1、半導(dǎo)體物理復(fù)習(xí)2,3.2 費(fèi)米能級(jí)和載流子的統(tǒng)計(jì)分布,（1） 當(dāng)T= 0 時(shí) E EF ， f（E）= 0 E 0 時(shí),第四章半導(dǎo)體的導(dǎo)電性,一、基本概念： 1。載流子的漂移運(yùn)動(dòng)？寫出總漂移電流密度方程 載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)。漂移電流密度與載流子的濃度、載流子的遷移率和外加電場(chǎng)的大小有關(guān) 2。遷移率的物理意義？遷移率的單位是什么？載流子的遷移率與那些因素有關(guān) 單位電場(chǎng)作用下載流子獲得平均漂移速度，它反映了載流子在電場(chǎng)作用下的輸運(yùn)能力。單位cm2/vs,載流子的散射,因?yàn)檩d流子在運(yùn)動(dòng)過程中受到散射,電離雜質(zhì)散射,晶格振動(dòng)散射,中性雜質(zhì)散射,位錯(cuò)散射,合金散射,等同的能谷間散射,3。什么是載流

2、子的散射？半導(dǎo)體中載流子的有哪兩種主要散射機(jī)制 載流子在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷地與熱振動(dòng)的晶格原子或電離的雜質(zhì)離子發(fā)生碰撞，碰撞后載流子的運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向發(fā)生了改變。用波的概念，就是說電子波在半導(dǎo)體中傳播時(shí)遭到了散射。,載流子的散射,電離雜質(zhì)散射時(shí)：,Ni大，受到散射機(jī)會(huì)多,T大，平均熱運(yùn)動(dòng)速度快，可較快的掠過雜質(zhì)離子，偏轉(zhuǎn)小，不易被散射,4.2 載流子的散射,注意：離化的雜質(zhì)濃度,隨著溫度的降低和雜質(zhì)濃度的增加，散射幾率增大,晶格振動(dòng)散射：,4.2 載流子的散射,隨著溫度的增加，散射幾率增大,總結(jié)： 低溫時(shí)，主要是電離雜質(zhì)的散射； 高溫時(shí)，主要是晶格散射。,三. 遷移率與雜質(zhì)和溫度的關(guān)系,

3、散射幾率，平均自由時(shí)間和溫度的關(guān)系：,4. 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系,電離雜質(zhì)散射 聲學(xué)波散射 光學(xué)波散射,任何情況下，幾種散射機(jī)制都會(huì)同時(shí)存在,4. 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系,4. 半導(dǎo)體的電阻率（或電導(dǎo)率）與那些因素有關(guān),n型半導(dǎo)體,p型半導(dǎo)體,本征半導(dǎo)體,電阻率與載流子濃度與遷移率有關(guān)，二者均與雜質(zhì)濃度和溫度有關(guān)。,二.例題,例題1 Ge樣品， 摻有1022m-3受主，試求室溫時(shí)樣品的電導(dǎo)率。再摻入51022m-3施主后，求室溫時(shí)樣品的電導(dǎo)率。,查圖4-14（b）可知，這個(gè)濃度下，Ge的遷移率,摻入51022m-3施主后,總的雜質(zhì)總和,為3000 cm2/( V.S),例2 特定

4、半導(dǎo)體內(nèi)存在三種散射機(jī)制。只存在一種散射機(jī)制時(shí)的遷移率為 ，只存在第二種散射機(jī)制時(shí)的遷移為 ，只存在第三種散射機(jī)制時(shí)的遷移率為 求總遷移率。,第五章 非平衡載流子,一、基本概念,1。過剩電子，過?？昭ǎ^剩載流子（非平衡載流子），非平衡載流子的壽命？ 過剩電子：導(dǎo)帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的電子濃度 過剩空穴：價(jià)帶中超出熱平衡狀態(tài)濃度的空穴濃度 過剩載流子：過剩電子和空穴的總稱 過剩載流子壽命：過剩少子在復(fù)合前存在的平均時(shí)間。 2。小注入和大注入 小注入：過剩載流子的濃度遠(yuǎn)小于熱平衡多子濃度的情況 大注入：過剩載流子的濃度接近或大于熱平衡多子濃度的情況,3.什么是準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)？ 在非平衡狀態(tài)下，由于

5、導(dǎo)帶和價(jià)帶在總體上處于非平衡，因此就不能用統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)來描述導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴按能量的分布問題。但由于導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴按能量在各自的能帶中處于準(zhǔn)平衡分布，可以有各自的費(fèi)米能級(jí) 稱為準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分離的程度，即 的大小，反映了與平衡態(tài)分離的程度,5.4復(fù)合理論,一、載流子的復(fù)合機(jī)理： 按載流子能量狀態(tài)改變形式分 直接復(fù)合：電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的直接躍遷復(fù)合。 間接復(fù)合：電子與空穴通過禁帶中的復(fù)合中心復(fù)合。 按能量轉(zhuǎn)換形式分 發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合 熱復(fù)合 俄歇（Auger）復(fù)合 按復(fù)合發(fā)生的空間位置分 體內(nèi)復(fù)合: 復(fù)合過程發(fā)生在半導(dǎo)體內(nèi) 表面復(fù)合：復(fù)合過程發(fā)生在半導(dǎo)體表面

6、,位于禁帶中央附近的深能級(jí)是最有效的復(fù)合中心 一定的雜質(zhì)能級(jí)能否成為陷阱，還決定于能級(jí)的位置，雜質(zhì)能級(jí)與費(fèi)米能級(jí)重合時(shí)，最有利于陷阱作用。 當(dāng)ET在EF之上時(shí)，越接近EF的能級(jí)，陷阱效應(yīng)越顯著。 電子落入陷阱后，基本上不能直接與空穴復(fù)合，它們必須首先激發(fā)到導(dǎo)帶，然后才能通過復(fù)合中心而復(fù)合，所以陷阱的存在大大增加了非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的馳豫時(shí)間，使非平衡載流子壽命增加。,5.4復(fù)合理論,5.3準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí),非平衡狀態(tài)下,5 .什么是載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)？寫出電子和空穴的擴(kuò)散電流密度方程 當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子存在濃度梯度時(shí)，引起載流子由濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是載流子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)。,電子

7、擴(kuò)散電流密度：,空穴擴(kuò)散電流密度：,達(dá)到穩(wěn)態(tài)分布，即空間任一點(diǎn)，單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目不隨時(shí)間變化，則由于擴(kuò)散，單位時(shí)間單位體積內(nèi)累積的載流子數(shù)目等于復(fù)合掉的載流子數(shù)目。,上述兩個(gè)方程的解：,5.6 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),表示非平衡載流子擴(kuò)散的平均距離,二、基本公式,1. 漂移電流密度公式：,2.擴(kuò)散電流密度公式,3.,3.愛因斯坦關(guān)系:,4. 連續(xù)性方程,連續(xù)性方程反映了半導(dǎo)體中少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，它是研究半導(dǎo)體器件原理的基本方程之一。,連續(xù)性方程應(yīng)用舉例：,常見的特殊條件下的方程的簡化：,1、穩(wěn)態(tài)：,2、無濃度梯度或無擴(kuò)散電流,5.8 連續(xù)性方程,3、無飄移電流或無電場(chǎng),4、無復(fù)合,5、無外界作用,5.8 連續(xù)性方程,三.例題,例題2,在一塊n型GaAs半導(dǎo)體中，T=300K時(shí)，電子濃度在0.10cm距離內(nèi)從11018cm-3到71017cm-3線性變化。若電子的擴(kuò)散系數(shù)為Dn=225cm2/s,則電子的擴(kuò)散電流密度,例3,（1）無電場(chǎng)，非平衡載流子均勻產(chǎn)生,第十二章 霍耳效應(yīng),把通有電流的半導(dǎo)體放在均勻磁場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)沿x方向，電場(chǎng)強(qiáng)度為Ex；磁場(chǎng)方向沿z軸方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度