固体物理,第四章半导体导电性.ppt

生产上常用这些曲线检验材料提纯的效果，材料越纯，电阻率越高。 但是对高度补偿型半导体，仅仅测量电阻率是反映不出它的杂质含量的。因为这时载流子浓度很小，电阻率很高，但这是假象，并不真正说明材料很纯，而且这种材料杂质很多，迁移率很小，是不能用于制造器件的。 【清华大学校长讲给学子的五个更重要】 方向比努力更重要； 能力比知识更重要； 健康比成绩更重要； 生活比文凭更重要； 情商比智商更重要。 半导体电阻率可以用四探针法直接读出，因此此种方法比较方便，所以实际工作中常习惯用电阻率来讨论问题。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 300k时，本征 Si: ?=2.3×105Ω· cm ， 本征Ge: ? =47 Ω· cm 本征GaAs: ? =200 Ω· cm 电阻率?决定于载流子浓度n、p和迁移率? ，两者均与掺杂浓度Ｎ和温度Ｔ有关。所以，半导体电阻率随杂质浓度和温度而异。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 Si，Ge，GaAs 300K时电阻率随杂质浓度变化的曲线，是实际工作常用的曲线，适用于非补偿或轻补偿的材料。 一、电阻率和杂质浓度的关系 室温下，Ge和GaAs电阻率与杂质浓度的关系 (1) ?与Ｎ的关系 　　轻掺杂时（1016～1018cm-3）：室温下杂质全部电离，载流子浓度近似等于杂质浓度。即n≈ND ，p≈NA。而?随Ｎ的变化不大，可以认为是常数。因而?与掺杂浓度成反比关系，杂质浓度越高，电阻率越小。 　　重掺杂时（1018cm-3）:　?～Ｎ曲线偏离反比关系 ① 杂质在室温下不能全部电离，在重掺杂的简并半导体中情况更加严重。 ② 迁移率随杂质浓度增加而下降。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 利用Si，Ge，GaAs在300K时电阻率与杂质浓度的关系图，可以方便地进行电阻率和杂质浓度的换算。例如硅中掺入10-6的磷，ND=5×1016cm-3，从图中可以查出电阻率不到0.2Ω·cm，比纯硅电阻率降低100万倍之多。 在工艺生产中，用四探针法可以直接测出硅片的电阻率，就可以查表知道杂质浓度。反之知道杂质浓度，就可以查表得电阻率。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 (2) ?与Ｔ的关系 对纯半导体材料，电阻率主要由本证载流子浓度ni决定。 ni随温度的上升而急剧增加，而?只有少许下降，所以?随Ｔ增加而单调地降低。这是半导体区别于金属的一个重要特征。如：Si在室温附近，每增加８℃，ni增加１倍，?下降一半。Ge在室温附近，每增加12℃，ni增加１倍，?下降一半。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 二、电阻率随温度的变化 对于杂质半导体，有杂质电离和本征激发两个因素存在，又有电离杂质散射和晶格散射两种散射机构的存在，因而电阻率随温度变化关系要复杂些。 下图表示一定杂质浓 度的硅样品的电阻率 和温度的关系。 杂质半导体：随温度Ｔ增加，有杂质电离和本征激发，　?有电离杂质散射和晶格振动散射。 （1）AB段:　低温杂质电离区 温度很低，本征激发可以忽略。载流子主要由杂质电离提供，随Ｔ上升，n增加。迁移率主要由电离杂质散射起主要作用，?随Ｔ上升而增加。所以，电阻率随温度升高而下降。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 （2）BC段:　饱和区 杂质全部电离，本征激发不十分显著，载流子浓度基本不变，晶格散射起主要作用，　?随Ｔ的增加而降低。所以电阻率随Ｔ的增加而增加。 （3）CD段:　高温本征激发区 大量本征载流子的产生远远超过迁移率的减少对电阻率的影响，　?随Ｔ上升而急剧下降，表现为本征载流子的特性。 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 　注意：进入本征导电区的温度与掺杂浓度和禁带宽度有关。同一种半导体材料，掺杂浓度高，进入本征激发的温度高；不同种材料，Eg大，进入本征激发温度高。到本征激发区，器件就不能正常工作。 Ge器件最高工作温度100℃ Si器件最高工作温度250℃ 　GaAs器件最高工作温度450℃ 4.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 本章小结 一 重要术语解释 1．漂移：在电场作用下，载流子的运动过程。 2．漂移电流：载流子漂移形成的电流。 3．漂移速度：电场中载流子的平均漂移速度。 4．饱和速度；电场强度增加时，载流子漂移速度的饱和值。 5．迁移率：关于载流子漂移和电场强度的参数。 本章小结 一 重要术语解释 6．电阻率：电导率的倒数；计算电阻的材料参数。 7．电导率：关于载流子的材料参数；可量化为漂移电流密度和电场强度之比。 8．电离杂质散射：载流子和电离杂质原子之间的相互作用。 9．晶格散射：载流子和热振动晶格原子之间的相互