电导和霍耳效应ppt课件

1. 半导体电导率,在一般电场情况下，半导体的导电服从欧姆定律, 为电导率, 半导体中可以同时有两种载流子, 空穴和电子在外场下获得的平均漂移速度,电流密度,8.4 电导和霍耳效应,平均漂移速度和外场的关系, 空穴和电子的迁移率,欧姆定律,电导率,载流子的漂移运动是电场加速和半导体中散射的结果,散射来自于晶格振动和杂质, 温度较高时，晶格振动对载流子的散射是主要的, 温度较低时，杂质的散射是主要的, 迁移率一方面决定于有效质量 _ 加速作用 另一方面决定于散射几率,杂质激发的范围，主要是一种载流子,掺杂不同的Ge半导体 导电率随温度变化,1) 低温范围，杂质激发的载流子起主要作用 载流子的数目与掺杂的情况有关,2) 高温范围，本征激发的载流子起主要作用 载流子的数目与掺杂的情况无关,3) 中间温度区间，温度升高时，导电率反而下降 晶格散射作用,半导体片置于xy平面内, 电流沿x方向, 磁场垂直于半导 体片沿z方向,空穴导电的P型半导体，载流子受到洛伦兹力,半导体的霍耳效应,半导体片两端形成正负电荷的积累，产生静电场,达到稳恒，满足,电流密度,电场强度,电子导电的N半导体,电场强度, 霍耳系数, 霍耳系数, 半导体的霍耳系数与载流子浓度成反比 半导体的霍耳效应比金属强得多, 测量霍耳系数可以直接测得载流子浓度 确定载流子的种类,霍耳系数为正 空穴导电 霍耳系数为负 电子导电, 霍耳系数, 霍耳系数,根据电导和载流子浓度的测量结果，与理论计算的结果 进行比较可以获得带隙宽度、杂质电离能和杂质浓度等信息,N型半导体 主要载流子是电子，也有少量的空穴载流子,电子 多数载流子 多子,空穴 少数载流子 少子,P型半导体 主要载流子是空穴，也有少量的电子载流子,空穴 多数载流子 多子,电子 少数载流子 少子,8.5 非平衡载流子,半导体中的杂质电子，或价带中的电子通过吸收热能，激发到导带中 载流子的产生,电子回落到价带中和空穴发生复合 载流子的复合, 达到平衡时，载流子的产生率和复合率相等 电子和空穴的浓度有了一定的分布,电子和空穴的浓度满足, 热平衡条件,热平衡下电子和空穴的浓度,在外界的影响作用下，电子和空穴浓度可能偏离平衡值,即有, 非平衡载流子,非平衡电子和非平衡空穴的浓度相同,如本征光吸收产生电子 空穴对,非平衡载流子对多子和少子的影响,多子的数目很大 非平衡载流子对多子的影响不明显, 对少子将产生很大影响, 在讨论非平衡载流子的问题时 主要关心的是非平衡少数载流子,1. 非平衡载流子的复合和寿命,在热平衡下，载流子的浓度具有稳定值,非平衡载流子 光照可以产生载流子, 开始光照，载流子的产生率增大，同时复合率也增大 载流子的浓度偏离热平衡时的浓度,一段时间的光照后，非平衡载流子的浓度具有确定的数目, 载流子的产生率和复合率相等 载流子的浓度到达一个新的平衡, 撤去光照，载流子复合率大于产生率，经过一段时间后 载流子的浓度又恢复到热平衡下的数值, 单位时间、单位体积复合的载流子数目, 光照稳定时的非平衡载流子浓度,撤去光照后，非平衡载流子浓度随时间的变化关系, 为非平衡载流子的寿命, 载流子的复合是以固定概率发生的,非平衡载流子的复合率,非平衡载流子的寿命的意义,1) 光照使半导体的导电率明显增加 光电导效应, 决定着变化的光照时，光电导反应的快慢, 两个光信号的间隔 ，可以分辨出相应的电流信 号变化，才可以分辨出两个光信号,2) 非平衡载流子的寿命越大，光电导效应越明显, 非平衡载流子的浓度减小为平衡值的1/e所需要的时间 是，显然越大，非平衡载流子浓度减小得越慢, 一个非平衡载流子只在时间里起到增加电导的作用， 越大，产生一个非平衡载流子对增加的电导作用越大,非平衡载流子的寿命的意义,3) 非平衡载流子的寿命对光电导效应有着重要的意义，通过测量光电导的衰减，可以确定非平衡载流子的寿命,4) 寿命与半导体材料所含的杂质与缺陷有关,深能级杂质的材料，电子先由导带落回一个空的杂质深能级，然后由杂质深能级落回到价带中空的能级,非平衡载流子寿命的测量可以鉴定半导体材料晶体质量的常规手段,深能级起着复合作用，降低了非平衡载流子的寿命,非平衡载流子的寿命的意义,金属和一般的半导体中，载流子在外场作用下的定向运动 形成漂移电流,半导体中载流子浓度的不均匀而形成扩散运动 产生扩散电流, 非平衡少数载流子产生明显的扩散电流, 多数载流子，漂移电流是主要的,非平衡载流子的扩散,一维扩散电流的讨论,均匀光照射半导体表面 光在表面很薄的一层内被吸收,光照产生非平衡少数载流子, 在稳定光照射下，在半 导体中建立起稳定的非 平衡载流子分布, 向体内运动，一边扩散 一边复合,非平衡载流子的扩散是热运动的结果,非平衡少数载流子一边扩散一边复合，形成稳定分布,浓度满足连续方程, 载流子的复合率, 单位时间、通过单位横截面积载流子数目, 扩散流密度,扩散造成的积累,复合造成的损失,方程的通解,边界条件,表面产生的非平衡原子在边扩散，边复合的过程中随距离的增加而指数衰减，L标志载流子深入样品的平均距离，称为扩散长度,扩散流密度,表面x=0处,此处扩散流密度就好像是表面处非平衡载流子全部以速度D/L运动产生 有时将D/L称为扩散速度,