5 載流子輸運(yùn)現(xiàn)象

《5 載流子輸運(yùn)現(xiàn)象》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第5章載流子輸運(yùn)現(xiàn)象1本次課內(nèi)容第5章載流子輸運(yùn)現(xiàn)象5．1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)5．2載流子擴(kuò)散5．3雜質(zhì)梯度分布*5．4霍爾效應(yīng)5．5小結(jié)輸運(yùn)＝運(yùn)輸?。ㄍ谅贰」贰¤F路　磁懸浮　飛機(jī)　火箭…）25.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)漂移電流密度若密度為ρ的正體積電荷以平均漂移速度運(yùn)動(dòng)，則形成的漂移電流密度為在外場(chǎng)

2、E

3、的作用下，半導(dǎo)體中載流子要逆(順)電場(chǎng)方向作定向運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。定向運(yùn)動(dòng)速度稱為漂移速度，它大小不一，取其平均值稱作平均漂移速度。單位：C/cm2s或A/cm2空穴形成的漂移電流密度e單位電荷電量；p：空穴的數(shù)量；vdp,為空穴的平均漂移速度?？昭ǖ乃俣仁欠駮?huì)持續(xù)增大？3

4、5.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)漂移電流密度總漂移電流密度：空穴漂移電流方向與外加電場(chǎng)方向相同。同理，可求得電子形成的漂移電流密度弱電場(chǎng)條件下，平均漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，有μp稱為空穴遷移率。單位cm2/Vs45.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)漂移電流密度遷移率的值55.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)5.1.2遷移率遷移率μp稱為空穴遷移率。單位cm2/Vs空穴的加速度與外力如電場(chǎng)力之間的關(guān)系：設(shè)初始漂移速度為0，則對(duì)上式積分：遷移率如何計(jì)算，它與什么物理量有關(guān)？65.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率電場(chǎng)對(duì)載流子的作用令τcp表示兩次碰撞之間的平均時(shí)間：75.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率空穴遷移率電子遷移率載流子的散射

5、：所謂自由載流子，實(shí)際上只有在兩次散射之間才真正是自由運(yùn)動(dòng)的，其連續(xù)兩次散射間自由運(yùn)動(dòng)的平均路程稱為平均自由程，而平均時(shí)間稱為平均自由時(shí)間。85.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率聲子散射和電離雜質(zhì)散射當(dāng)溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，半導(dǎo)體中的原子由于具有一定的熱能而在其晶格位置上做無(wú)規(guī)則熱振動(dòng)，破壞了勢(shì)函數(shù)，導(dǎo)致載流子電子、空穴、與振動(dòng)的晶格原子發(fā)生相互作用。這種晶格散射稱為聲子散射。半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)原子可以控制或改變半導(dǎo)體的性質(zhì)，室溫下雜質(zhì)電離，在電子或空穴與電離雜質(zhì)之間存在的庫(kù)侖作用會(huì)引起他們之間的碰撞或散射，這種散射機(jī)制稱為電離雜質(zhì)散射。95.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率105.1載流子的漂移

6、運(yùn)動(dòng)遷移率115.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)5.1.3電導(dǎo)率歐姆定律設(shè)p型半導(dǎo)體摻雜濃度為Na,Na>>ni，則電導(dǎo)率為：電導(dǎo)率:電阻的倒數(shù)歐姆定律的微分形式：σ表示半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率，單位為(Ωcm)-1。電導(dǎo)率是載流子濃度和遷移率的函數(shù)。12135.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)電導(dǎo)率Nd=1015cm-314半導(dǎo)體的電阻特性（紅線區(qū)－電阻：阻礙運(yùn)輸）對(duì)于本征半導(dǎo)體，本征激發(fā)起決定性因素，所以T升高，電阻下降；對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，在溫度很低時(shí)，本征電離可忽略，T升高，雜質(zhì)電離的載流子越來(lái)越多，電阻下降；進(jìn)入室溫區(qū)，雜質(zhì)已經(jīng)全部電離，而本征激發(fā)還不重要，T升高，晶格震動(dòng)散射加劇，電阻升高；高溫區(qū)，本

7、征激發(fā)起主要作用，T升高，本征激發(fā)明顯，電阻下降。155.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)5.1.4飽和速度載流子的運(yùn)動(dòng)速度不再隨電場(chǎng)增加而增加165.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)飽和速度低能谷中的電子有效質(zhì)量mn*=0.067m0。有效質(zhì)量越小，遷移率就越大。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，低能谷電子能量也相應(yīng)增加，并可能被散射到高能谷中，有效質(zhì)量變?yōu)?.55m0。高能谷中，有效質(zhì)量變大，遷移率變小。這種多能谷間的散射機(jī)構(gòu)導(dǎo)致電子的平均漂移速度隨電場(chǎng)增加而減小，從而出現(xiàn)負(fù)微分遷移率特性。175.2載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散是因?yàn)闊o(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而引起的粒子從濃度高處向濃度低處的有規(guī)則的輸運(yùn)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起源于

8、粒子濃度分布的不均勻。均勻摻雜的n型半導(dǎo)體中，因?yàn)椴淮嬖跐舛忍荻龋簿筒划a(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其載流子分布也是均勻的。如果以適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射該樣品的一側(cè)，同時(shí)假定在照射面的薄層內(nèi)光被全部吸收，那么在表面薄層內(nèi)就產(chǎn)生了非平衡載流子，而內(nèi)部沒(méi)有光注入，這樣由于表面和體內(nèi)存在了濃度梯度，從而引起非平衡載流子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散。185.2載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)5.2.1擴(kuò)散電流密度電子擴(kuò)散電流密度：Dn稱為電子擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s其值為正?？昭〝U(kuò)散電流密度：Dp稱為空穴擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s其值為正。195.2載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)5.2.2總電流密度總電流密度半導(dǎo)體中所產(chǎn)生的電流種類：電子漂移電

9、流、空穴漂移電流電子擴(kuò)散電流、空穴擴(kuò)散電流總電流密度：遷移率描述了半導(dǎo)體中載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)情況；擴(kuò)散系數(shù)描述了半導(dǎo)體中載流子在濃度梯度作用下的運(yùn)動(dòng)情況。這兩個(gè)參數(shù)之間是相互獨(dú)立還是具有一定的相關(guān)性？205.3雜質(zhì)梯度分布5.3.1感生電場(chǎng)電勢(shì)Φ等于電子勢(shì)能除以電子電量：一維情況下的感生電場(chǎng)定義為：假設(shè)滿足準(zhǔn)中性條件，電子濃度與施主雜質(zhì)濃度基本相等，則有：215.3雜質(zhì)的濃度梯度5.3.2愛(ài)因斯坦關(guān)系考慮非均勻摻雜半導(dǎo)體，假設(shè)沒(méi)有外加電場(chǎng)，半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)，則電子電流和空穴電流分