固体与半导体物理半导体的导电性全套.ppt

讨论： （1）间接复合率大于直接复合率 非子的直接复合率 n型 （2）热平衡 A:非子的复合率 热平衡时，无非子 B:载流子的净复合率 热平衡时，产生率＝复合率 非子的间接复合率 （3） 存在净复合 非子的复合过程 （4） 存在净产生 非子的产生过程 从非平衡态向平衡态过渡过程 3.非子的寿命 （1）最有效的复合中心位于禁带中线附近的深能级 （2）小注入 A:强n型区 第五章 半导体的导电性 载流子的散射、漂移 迁移率、电导率的公式 {5.1 载流子的散射 一.散射机理 周期势场遭到破坏 1.原子的热振动 2.杂质原子和缺陷的存在 二.平均自由时间 和散射几率 的关系 在t时刻尚未遭到散射的电子数 被散射的电子数 未被散射的电子数 代入 被散射的电子数自由时间的总和 个载流子的所有自由时间的总和 被散射的电子数 三.散射机构 1.电离杂质散射 （1）弹性散射，散射过程中不交换能量 （2）散射中心固定 正电中心对电子吸引和 对空穴排斥引起的散射 负电中心对空穴吸引和 对电子排斥引起的散射 2.晶格振动散射 （1）长波在散射中起主要作用 （2）纵波在散射中起主要作用 起主要散射作用的是波长为几十或上百个原子间距以上的长波 纵波引起原子的疏密变化，横波引起形变 电子热运动速度约为105m/s （3）长纵声学波散射 （4）长纵光学波散射 低温时，电离杂质散射占主导地位 高温时，晶格振动散射占主导地位 { 5.2 载流子漂移运动的基本规律 一. 载流子的漂移运动 平均自由时间 电子平均漂移速度 空穴的漂移速度 二.载流子的迁移率 电子： 空穴： 外场作用下，载流子作漂移运动的难易程度 （1）一般情况下 ？ （2）各向异性的半导体 Si: 纵向有效质量 横向有效质量 （3） 决定半导体器件的工作速度 三.载流子的电导率 在电场作用下 电子电流密度 欧姆定律 存在两种载流子 (2)低温时，电离杂质散射为主 2.强电离饱和区 n(或p）基本不变 晶格振动散射为主 3.本征激发区 1.低温弱电离区 (1)低温时，载流子来自杂质电离 {5.3 霍尔效应 一.霍尔效应 在电场和磁场中的一种物理性质 －霍尔电场 霍尔系数 二.产生霍尔效应的物理原因 在电场中定向运动的载流子受到磁场的作用而偏离原来的运动方向. 三.霍尔系数 n型: 稳定时 P型: n型 P型 四.霍尔角 偏向-y方向, 为负. 偏向y方向, 为正. n型: P型: 在弱磁场的情况下 五.两种载流子的霍尔系数 稳定时: (1) (2) (3) 和 包括两部分: 洛伦兹力引起的电流密度和霍尔电场引起的电流密度 随温度变化,一般 (1)本征: (2)P型: 杂质激发区 pn (3)n型: np 六.霍尔效应的应用 (1)判别半导体类型 (2)测定载流子的浓度和迁移率 求出n和p 测 由 得出 , 求出 和 (3)制作霍尔器件 第六章 非平衡载流子 6.1 非平衡载流子的注入和准费米能级 一.非平衡载流子的注入 热平衡状态 T一定，无外界作用 有外界作用 导带电子浓度 价带空穴浓度 －非平衡载流子浓度 产生非平衡载流子的方法： （1）电注入 （2）光注入 非平衡状态 平衡时： 一般情况 T=300K n型硅 非平衡少数载流子在半导体器件中起重要作用 n型 二.附加光电导 三.非平衡载流子的寿命 1.热平衡 产生率＝复合率 稳定不变 2.加上外界作用 A:从平衡态 非平衡态 B:产生率 复合率 C:非子的注入 D: 3.撤除外界作用 A:从非平衡态 平衡态 产生率 B:复合率 C:非子的复合 D: 4.非平衡载流子的寿命 －非子的复合几率 －非子浓度 －非子的复合率 非子浓度 非平衡载流子寿命的大小是鉴别半导体材料质量的常规手段 四.准费米能级 1.统一的费米能级是热平衡状态的标志 n型 p型 系统处于非平衡状态 不存在统一的费米能级 平衡 平衡 不平衡 2.准费米能级 导带和价带的局部费米能级 －导带电子的准费米能级 －价带空穴的准费米能级 3.导带电子浓度 价带空穴浓度 n型： 多数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级不多 少数载流子的准费米能级偏离平衡费米能级显著 C: n型(平衡状态） n型(非平衡状态） p型(平衡状态） p型(非平衡状态） 平衡 非平衡 若撤除外界作用 非平衡态 平衡态 6.2 非平衡载流子的复合 一.载流子复合的微观过程 1.直接复合 2.间接复合 电子从导带直