半导体物理基础(3)

Click to edit the title text format,Click to edit the outline text format,Second Outline Level,Third Outline Level,Fourth Outline Level,Fifth Outline Level,Sixth Outline Level,Seventh Outline Level,Eighth Outline Level,Ninth Outline Level,*,Click to edit the title text format,Click to edit the outline text format,Second Outline Level,Third Outline Level,Fourth Outline Level,Fifth Outline Level,Sixth Outline Level,Seventh Outline Level,Eighth Outline Level,Ninth Outline Level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,4.1.,载流子的漂移（,drift,）运动,半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动,-,漂移运动。,第,4,章 半导体的导电性,(Electrical,Conductivity),1,、,drift(,漂移,),相应的运动速度,-,漂移速度。,漂移运动引起的电流,-,漂移电流。,迁移率的大小反映了载流子迁移的难易程度。,可以证明：,2 Mobility,（迁移率）,-,迁移率,单位电场下，载流子的,平均漂移速度,3,影响迁移率的因素,半导体的主要散射（,scatting,）机构：,*,Phonon,（,lattice,）,scattering,声子（晶格）散射,*Ionized impurity scattering,电离杂质散射,*scattering by neutral impurity and defects,中性杂质和缺陷散射,*Carrier-carrier scattering,载流子之间的散射,*Piezoelectric scattering,压电散射,*,Intervalley,scattering,能谷间的散射,能带边缘非周期性起伏,（,1,）晶格振动散射,纵波和横波,声学波声子散射几率：,光学波声子散射几率：,（,2,）电离杂质散射,电离杂质散射几率：,总的散射几率：,P=P,S,+P,O,+P,I,+-,总的迁移率：,主要散射机制,电离杂质的散射：,晶格振动的散射：,温度对散射的影响,迁移率,4.2,迁移率与杂质浓度和温度的关系,1.,迁移率,杂质浓度,杂质浓度,电离杂质散射,2.,迁移率与温度的关系,掺杂很轻：,忽略电离杂质散射,高温：晶格振动散射为主,T,晶格振动散射,一般情况：,低温：电离杂质散射为主,T,电离杂质散射,T,晶格振动散射,4.3,载流子的迁移率与电导率的关系,(MobilityConductivity),-,殴姆定律的微分形式,1.,殴姆定律的微分形式,2.,电流密度另一表现形式,3.,电导率与迁移率的关系,Ez,电导迁移率,电导有效质量,4.,多能谷下的电导,4.4,电阻率与掺杂、温度的关系,1.,电阻率与杂质浓度的关系,轻掺杂：,常数；,n=N,D,p=N,A,电阻率与杂质浓度成简单反比关系。,非轻掺杂,：杂质浓度,n,、,p,：未全电离,;,杂质浓度,n,（,p,）,杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。,原因,2.,电阻率与温度的关系,：,T,电离杂质散射,*,低温,n,（,未全电离）,：,T n ,：,T,晶格振动散射,*,中温,n,（,全电离）,：,n=N,D,饱和,：,T,晶格振动散射,*,高温,n,（,本征激发开始）,：,T n ,例题,例,.,室温下,本征锗的电阻率为,47,，,(1),试求本征载流子浓度。,(2),若掺入锑杂质，使每,10,6,个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。（,3,）计算该半导体材料的电阻率。设杂质全部电离。锗原子浓度为,4.4/3,n=3600/Vs,且不随掺杂而变化,.,解,:,4.5 Hight-Field Effects(,强电场效应,),1,欧姆定律的偏离,解释：,*,载流子与晶格振动散射交换能量过程,*,平均自由时间与载流子运动速度有关,加弱电场时，载流子从电场获得能量，使,载流子,发射的声子数略多于吸收的声子数。载流子的平均能量与晶格相同,仍可认为载流子系统与晶格系统保持热平衡状态。,加强电场时，载流子从电场获得,很多,能量，使,载流子的平均能量比热平衡状态时的大，,因而载流子系统与晶格系统不再处于热平衡状态。,一、载流子与晶格振动散射交换能量过程,与光学波声子散射,载流子从电场获得的能量大部分又消失,故平均漂移速度可以达到饱和。,极强电场时：,二、平均自由时间与载流子运动速度有关,无电场时：,平均自由时间与电场无关,低电场时：,平均自由时间与电场基本无关,强电场时：,平均自由时间由两者共同决定。,半定量分析：,稳态条件,对于声学波声子散射,其中：,代入（,1,）式得：,即：,电子与声子碰撞后失去能量,对于光学波声子散射,代入（,1,）式：,4.3 Intervalley Carrier Transfer,（能谷间的载流子转移）,1,Intervalley Scattering(,能谷间散射）,物理机制：,从能带结构分析,n,1,n,2,*Central valley,*Satellite valley,中心谷：,卫星谷：,谷,2,（卫星谷）：,E-k,曲线曲率小,1,电场很低,2,电场增强,3,电场很强,2,Negetive differential conductance(,负微分电导,),在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小。,负的微分电导（,negetive differential conductance,）。,NDC,阈电场（,threshold field,）,对于,GaAs,：,实验现象：,3 Gunn effect (,耿氏效应,),