半导体物理器件

1、半导件器体物理 SEMICONDUCTOR DEVICES PHYSICS颜丙勇2014年3月课程内容Part A 半导体物理基础回顾半导体物理基础回顾 1. 相关知识：量子力学基础（QM）、固体物理（Solid-State Physics）、半导体物理（Semiconductor Physics，SP）Part B 半导体基本器件半导体基本器件 2. p-n结和二极管 （p-n Junction and Diode） 3. BJT 器件（Bipolar Junction Transistor） 4. 金属-氧化物-半导体电容（MOS Capacitor） 5. 金-氧-半场效应晶体管（MOS

2、 Field Effect Transistor，MOSFET) 6. 结型场效应晶体管（Junction Field Effect Transistor, JFET）*参考书籍 S.M.Sze (施敏) 经典书籍 SEMICONDUCTOR DEVICES Physics and Technology 2nd Edition Donald A. Neamen 教科书 SEMICONDUCTOR PHYSICS & DEVICES BASIC PRINCIPLES 3nd Edition半导体器件：为什么研究学习？ 电路、系统的基础； 不同技术代的新工艺开发：驱动力之一； 引导材料、器件结构的

3、发展； 工艺监控：特性测试与分析 数字集成电路建单元库； 模拟集成电路、射频集成电路设计：器件级设计半导体器件产值全球全球国民生产总值国民生产总值GWP的20%電子工業的20%Deep submicron transistorCMOSHigh-speed deviceCompound semiconductorComplex structure & processMixed mode simulationFlashDRAMLED, LASERImage sensorPhotodetectorSolar cellMemoryPowerRFOpto半半导导体器体器件件Al0.3Ga0.7AsGaA

4、sEmitterCollectorBase半导体器件种类半导体器件基础结构金属-半导体接触pn结异质结金属-氧化物-半导体结构半导体器件基础结构1. 金属-半导体接触： 整流型接触、欧姆接触（最早，1874年） 应用： MESFET(金属半导体场效应晶体管) 栅极-整流型接触 源极和漏极-欧姆接触2.pn结 （半导体器件物理的基础）应用：兩个pn结可形成双极晶体管（BJT）； 三个pn结可形成晶闸管（thyristor)半导体器件基础结构3. 异质结 可制作高速器件及光电器件 例：GaAs和AlAs可形成异质结4. 金属-氧化物-半导体结构（金氧半） 应用： 金氧半结构形成栅极 两个pn结形成

5、源极和漏极 形成MOSFET主要的半导体器件（发光二极管）太阳能电池隧穿二极管激光主要的半导体器件非挥发性半导体存储器电荷耦合元件共振隧穿二极管单电子器件半导体器件发展第一个晶体管第一个MOS管：Gate length: 25mGate oxide: 100nm第一块集成电路第一个微处理器半导器件体物理 SEMICONDUCTOR DEVICES PHYSICS 第一章第一章 半导体物理基础半导体物理基础Chapter1 Introduction to Semcondutor Physics1.1 半导体材料： 什么是半导体材料：金属, 半导体和绝缘体之间的界限不是绝对的: 半导体中杂质含量很

6、高: 呈金属性;纯净半导体在低温下电阻率很高: 呈绝缘性能带论角度：半导体是能隙(energy gap)大于零但小于4 eV的固体。1.1 半导体材料： 半导体材料一些性质：温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降 如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8，电阻率相应地降低50%左右微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个族杂质（比如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000cm降至0.2cm以下适当波长的光照可以改变半导体的导电能力适当

7、波长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十M，当受光照后电阻值可以下降为几十K此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变1.1 半导体材料： 元素半导体元素半导体(elemental semiconductors) ： 周期表中的IV族元素，如Si，Ge 化合物半导体化合物半导体 (compound semiconductors)： III-V族：GaAs，InP，GaP, InAs . IIVI族：ZnS，ZnSe，CdS . IV-IV族：SiC . 半导体分类： 发展： G

8、e：1947-1958，now still research; Si： 1962- （仍是主流） GaAs等：1970- SiC，GaN等：1990-，宽禁带半导体III-V族化合物半導體II-VI族化合物半導體IV族元素半導體1.2 半导体基本结构： 材料内部原子结构的排列单晶单晶周期性，长程有序晶格多晶多晶晶粒内部周期性，非晶非晶无规则排列无定形1.2 半导体基本结构： 晶体结构及其表示方法空间点阵： 点，周期性排列 点阵点阵晶格： 基元，周期性排列 晶格晶格重复单元：重复单元：结晶学原胞： 反应对称性，不一定最小物理学原胞： 体积最小，包含一个原子基矢：基矢：结晶学原胞： a1,a2,

9、a3物理学原胞： a, b, c1.2 半导体基本结构： 立方晶系布喇菲原胞立方晶系的三个基矢长度相等，并互相垂直，即属于立方晶系的布喇菲原胞有简立方、体心立方(bcc)和面心立方(fcc)三种。 简立方() 体心立方() 面心立方()1.2 半导体基本结构： 晶列、晶向及其表示方法晶列、晶向及其表示方法v晶列的取向称为晶向晶向。v为表示晶向，从一个格点O沿某个晶向到另一格点P作位移矢量R，则 R=l1a+l2b+l3cv若l1:l2:l3不是互质的，通过 l1:l2:l3 m:n:p化为互质整数， mnp就称为晶列指数，写成 mnp，用来表示某个晶向。v同类晶向记为两种不同的晶列 晶向的表示

10、 1.2 半导体基本结构： 晶面及其表示方法晶面及其表示方法将晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒数的互质整数h、k、l称为晶面指数或密勒指数晶面指数或密勒指数，记作(hkl)并用来表示某一个晶面截距为负时，在指数上方加一短横。如果晶面和某个晶轴平行，截距为 ，相应指数为零。同类型的晶面通常用hkl表示。晶面族 晶面的截距1.2 半导体基本结构： Si、Ge金刚石晶体结构金刚石晶体结构金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移1/4对角线长度套构而成的；立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子

11、(a)金刚石结构的晶胞 (b)面心立方1.2 半导体基本结构： 金刚石晶体结构也可看作由四面体结构组合而成； Si、Ge金刚石晶体结构金刚石晶体结构1.4 价键理论( valence bonds) Si、Ge共价键结合共价键结合 大部分半导体材料以共价键方式结合；共用電子的吸引力使的兩個原子結合在一起 最外层不满，4个电子（价电子）决定了硅的物理化学性质；+14+14+14+14+14+14+14+14+14+141.4 价键理论( valence bonds) 价键理论解释电子和空穴的产生价键理论解释电子和空穴的产生(定性定性)v低温时：电子束缚于四面体晶格中，无法传导；v高温时：热振动打破

12、共价键，电子摆脱晶格束缚，形成导电电子；原來的电子空缺（成为空穴）可由邻近原子填滿，好似空穴在移动。1.4 价键理论( valence bonds) 载流子载流子(Carrier)能够自由导电的粒子：电子和空穴电子摆脱共价键的能量：不同半导体，电子不同半导体，电子电子摆脱束缚需要的能量不同：电子摆脱束缚需要的能量不同： 硅: 1.12eV 锗：原子序数32，对价电子束缚较弱，0.78eV晶体内原子的热运动：晶体内原子的热运动： 平均热动能3/2kT（常温下0.039eV），所以常温下热运动产生的电子、空穴很少，对硅的导电性影响很小光照，温度，杂质（扩散或注入）光照，温度，杂质（扩散或注入）1.

13、5 半导体的掺杂 N型半导体和施主杂质型半导体和施主杂质1.5 半导体的掺杂 P型半导体和受主杂质型半导体和受主杂质1.6 量子力学基本概念 微观粒子的波粒二象性愛因斯坦(Einstein)的光量子假說(1905年)：光波(電磁波)的能量以分立的形式包含在一個一個的波包中。此具有粒子特性的能量波包稱為光子光子(photon)。光子的能量為波長 愈短，則頻率 愈高，光子能量 E 也愈高。德布洛依(de Broglie)的物質波假說(1924年) ：電磁波的波長真空中的光速電磁波的頻率常數- ,- ,Planck-/chhchE因為電磁波顯現類似粒子的行為，粒子應該也具有類似波的特性物質波(Mat

14、ter wave)1.6 量子力学基本概念 波函数波函数既然微观粒子具有波动性，我们就需用与描述电磁波类似的方法来描述微观粒子，于是就引入了“波函数”的概念。波函数 的物理意义是： 表示的是在t时刻，在空间的r r到r r+dr r区间找到粒子的几率。归一化条件：波函数满足条件: 波函数及其导数必须有限、单值和连续。2( , )1tdrr1.6 量子力学基本概念 薛定谔方程薛定谔(Schrdinger)在1926年提出处理物质波的数学架构，称为波波动力学动力学。波波动力学动力学的基础为Schrdinger方程式 1,2/ : : : , ,2222 ihmxVtxttxitxxVxtxm粒子的

15、质量粒子的势能波函数1.6 量子力学基本概念 氢原子的薛定谔方程氢原子的Schrdinger方程氢原子的势能函数 ity)(permittiv - - - 4002真空介电常数电子的电荷电子与质子的距离errerV 0, 2,22rrVEmr 电子的能态与能量可用一些量子数来表示 能量为负值表示电子被原子核所束缚 受束受束缚缚的的电电子的能量是量子化的子的能量是量子化的(quantized)1 , 1, , 1 , - 1,2 1 , 0 - 3 2 , 1 , - 124)()()(),(222204ll llmm n,ll,nnnnmeErRrnlmmlmnlnlm磁量子数角动量量子数主量

16、子数1.6 量子力学基本概念 基态和激发态基态和激发态半径称为参数波函数能量量子数BohrA529. 04 11 24 001 20200/2/3010022041000emaeameE, m, lnar电子在原子中的能级可以用量子数 (Quantum numbers)来表示。一个电子仅能留存于许多轨道中的一个轨道上。n = 1 为能级中最低者，称之为 基态 (Ground state)能级。 n 1 为 激发 (Excited state)能级。 1.6 量子力学基本概念 电子的跃迁电子的跃迁 当电子吸收一个光子获得能量时，有可能从较低的能级跃迁至较高的能级。 当电子由较高的能级跳跃至较低能

17、级时，会丧失能量，此时伴随一个光子的放出。 当电子吸收光子获得能量时，必须合乎能级间的能量差，才会从较低能级跃迁至较高能级。否则，跃迁不会发生。 同理，电子由较高的能级跃迁至较低能级时，丧失的能量也是量子性的，不是随意的能量值。1.6 量子力学基本概念 对分析半导体有用的重要结论 Schrdinger波方程的解表示电子的几率函数； 束缚的电子所允许的能量是量子化的。 量子能态与量子数的概念。 能级间跃迁的概念。1.7 能带理论 载流子浓度及其统计分布载流子浓度及其统计分布 载流子浓度：单位体积中的单位体积中的载流子数目载流子数目。 载流子的统计分布规律：大量载流子微观运动表现出来的宏观规律。

18、微观粒子运动的分析方法：量子力学、统计物理。 能量空间分析：在实际几何空间中的位置不确定，只能能量空间分析； 半导体中的量子态： 共价键电子； 摆脱束缚的自由电子； 掺杂原子对电子的束缚 . 大量电子在各量子态的分布：单位体积中量子态的分布单位体积中量子态的分布；允态上可能被电子占据的允态上可能被电子占据的几率几率； 由此得出载流子浓度由此得出载流子浓度1.7 能带理论 泡利不相容原理： 内容：费米子系统中不能有两个或两个以上的粒子处于同一状态。 实验证明，由电子、质子、中子为费米子，它们遵守费米-狄拉克统计 在电子系统中，不可以有两个电子具有相同的量子态。 当当原子原子结结合形成合形成晶体时

19、：晶体时：量子量子态态的的总数总数不改不改变变，但是不可有，但是不可有两个电两个电子具有相同的量子子具有相同的量子数数。因此，因此， 能能级级必必须须分裂成分裂成能带能带，以使每，以使每个电个电子均能子均能占据占据不同的不同的量子量子态态。 1.7 能带理论 能级的分裂：1.7 能带理论 能带：r0：平衡時的原子間距離1.7 能带理论 Si的能带：v每个原子有4个量子态在下能带， 4个量子态在上能带。 v在 T = 0 K時， 在下能态(价带价带，valence band)的所有量子态全被占满，v但在上能带(导带导带，conduction band )的所有量子全空。 v带隙带隙Eg：在价带顶

20、部与导带底部之间的禁带的宽度。 1.7 能带理论 晶体中的周期性势场： 图(a)单电子原子的势能函数。 图(b)多原子紧密排列时，相邻原子的势能函数的重叠。 图(c) 净势能函数。电子在晶体中受到周期性势场。 1.7 能带理论 布洛赫定理：jk(x) 是在周期性势场中运动的波函数，具有下列形式：且具有此形式的波函数常称为布洛赫函数。 这一结论就是著名的布洛赫定理。其中k的取值范围限定在( )( )ikxjkjkxux e()( )jkjkuxNaux1.7 能带理论 kronig-Penney模型：描述一维晶体的理想化的周期性势场。 此模型的結果可说明电子在周期性晶格中运动的重要特性。1.7

21、能带理论 能带的形成：kronig-Penney模型： 在晶体中运动的电子具有特定的允带。 E 在某些量子数k 值处为不连续的，此处对应。 通常，随能量的增加，允带区域增加，禁带区域变窄。1.7 能带理论 折合区域表示法(reduced zone representation) ：1.8 半导体中的能带 价带、导带和带隙1.8 半导体中的能带 价带、导带和带隙1.8 半导体中的能带 温度T 0 K 时 某些价带电子获得足热能以摆脱共价键，进而跃迁到导带中。 当带负电的电子进入导带后，会在原来的价带内形成一个空位。1.8 半导体中的能带 温度T = 0 K与 T 0 K 时的能带图 T = 0

22、K时，价带全满，能带全空。 T 0 K时，一些带负电的电子进入导带，价带内形成一个带正电的空位。 部分填充的能带才对导电有贡献。 满带不导电：0K条件下，纯净半导体基本是绝缘体1.8 半导体中的能带 载流子的产生和复合1.8 半导体中的能带 导体，半导体，绝缘体1.8 半导体物理基础 本征半导体与非本征半导体 本征半导体(Intrinsic semiconductor) 晶体中没有杂质原子与晶格缺陷的纯净半导体。 非本征半导体(Extrinsic semiconductor) 或称为掺杂半导体(Doped semiconductor) 可通过工艺掺杂过程，将特定杂质原子加入到本征半导体中，使材

23、料的导电率增加。 分n型和p型。 掺杂原子(Dopant atoms) 加入半导体晶体中的杂质原子。1.8 半导体物理基础 杂质能级1.8 半导体物理基础 费米能级1.8 半导体物理基础 本征半导体载流子浓度的计算1.8 半导体物理基础 态密度1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布)exp(11)(kTEEEFF其中 k为波尔兹曼常数，k = 1.38066x10-23J/K T为绝对温度，单位为K。 一般在室溫（300K）下，kT = 0.0259eV EF为费米能。1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布l T = 0K时，能量低于EF的能量状态被电子占据的几率为1，能量高于EF的能量状

24、态被电子占据的机率为0。EF小于费米能量的能态1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布l T 0K时，比能量EF小一点的能态上的电子有机会跃迁到能量大于EF的能态能量能量为为EF的能的能态态被被电电子子占据占据的的机会为机会为1/21.8 半导体物理基础 载流子的统计分布被电子占据的机率分布能不被占据的机率分布即：形成空穴的机率若 ，则费米分布可以用波尔兹曼分布来近似。1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布若EF靠近Ec，则由图可知电子浓度会大于大于空穴浓度此二图相乘曲曲线线下面下面积为积为电子浓度电子浓度曲曲线线下面下面积为积为空穴浓度空穴浓度1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布曲曲线

25、线下面下面积为积为空穴浓度空穴浓度若EF靠近Ec，则由图可知空穴浓度会大于电子浓度。1.8 半导体物理基础 载流子的统计分布若EF在Ec与Ev的中间，则由图可知空穴浓度等于电子浓度。 热平衡状态下，本征半导体（也就是未掺杂的半导体）的 电子浓度等等于空穴浓于空穴浓度， 可知费米能应在Ec与Ev的中间。1.8 半导体物理基础载流子浓度的计算l 导带中电子的浓度，即n： 令 ，Nc导带底有效态密度 则l 价带中空穴的浓度，即p： 令 ， Nv价带顶有效态密度 则)(expkTEENpvFv)(expkTEENnFcc1.8 半导体物理基础本征半导体平衡载流子浓度l 平衡状态下，本征半导体的电子浓度

26、应等于空穴浓度。以ni表示本征半导体的电子及空穴浓度，即n = p = ni)(exp)(exp2kTEEkTEENNnpnvFFcvci热平衡状态下，本征半导体的载流子浓度受到溫溫度度、有效有效质质量量以及能隙能隙的影响。1.8 半导体物理基础平衡本征半导体载流子浓度讨论：温度越高，ni越大。 Eg越大，ni越小。)ln(43*npmidgapimmkTEE1.8 半导体物理基础非本征半导体平衡载流子浓度l 非本征半导体的电子浓度应不等于空穴浓度；即n p 。q N type：n p，EF在带隙中央之上方。q P type：p n ，EF在带隙中央之下方。q 本征半导体的公式仍可用（nond

27、egenerate时）：l n p乘积仍为常数（相同材料，温度下），等于对应温度下本征载流子浓度ni的平方，与所含杂质无关；但会使费米能级朝向Ec或Ev移动l 但是，)(exp)(exp2kTEEkTEENNnpnvFFcvci)(expkTEENpvFv)(expkTEENnFcc1.8 半导体物理基础 电中性l 可推导出主要载流子浓度与掺杂浓度的关系l 电中性条件：正电荷密度等于负电荷密度。daNpNnEdEa+Donor electronsTotal electrons in conduction band: n0Ed-Thermal electron from valence band

28、Acceptor holesIonized donors:Ionized acceptor:Unionized donorsUnionized acceptordddnNNaaapNN+-Ei1.8 半导体物理基础 N型半导体的载流子浓度l 假设完全电离：DANpNnDANpNnnnpi20)(22iADnnNNn解之可得nnpin2（多數（多數载流子载流子）（少數（少數载流子载流子）22)2(2iADADnNNNNn1.8 半导体物理基础 P型半导体的载流子浓度l 假设完全电离：DANpNnDANpNnpnni20)(22iDAnpNNp解之可得pnnip2（多數（多數载流子载流子）（少數（

29、少數载流子载流子）22)2(2iDADAnNNNNp1.8 半导体物理基础 载流子浓度讨论：l 本征半导体：（NA=0，ND=0）：n = p = nil 非本征半导体： P型： （NA-ND）ni时： p (NA-ND) n =ni2/ (NA-ND) N型： （ND-NA）ni时： n (ND-NA) p =ni2/ (ND-NA) 1.8 半导体物理基础非本征半导体的费米能级的位置l N型半导体：l P型半导体)ln(iiFnnkTEE)ln(nNkTEEcFc温度越高，Ec与EF的距离越大。施主浓度越高，Ec与EF的距离越小。)ln(pNkTEEvvF)ln(iFinpkTEE温度越高

30、，Ev与EF的距离越大。受主浓度越高，Ev与EF的距离越小。1.8 半导体物理基础非本征半导体的费米能级的位置1.8 半导体物理基础无外加电场作用时：载流子热运动是无规则的，运动速度无外加电场作用时：载流子热运动是无规则的，运动速度各向同各向同 性性，不引起宏观迁移，从而不会产生电流。，不引起宏观迁移，从而不会产生电流。外加电场作用时：载流子沿电场方向的外加电场作用时：载流子沿电场方向的速度分量比其它方向大速度分量比其它方向大， 将会引起载流子的宏观迁移，从而形成电流。将会引起载流子的宏观迁移，从而形成电流。漂移运动：由电场作用而产生的、沿电场力方向的运动（电子和漂移运动：由电场作用而产生的、

31、沿电场力方向的运动（电子和 空穴漂移运动方向相反）。空穴漂移运动方向相反）。漂移速度：定向运动的速度。漂移速度：定向运动的速度。漂移电流：载流子的漂移运动所引起的电流。漂移电流：载流子的漂移运动所引起的电流。1.8 半导体物理基础sIJ1,slR均匀导体，均匀导体，|E|=V/l J=I/sEJ物理意义：导体中某点的电流密度正比于该点的电场强度，物理意义：导体中某点的电流密度正比于该点的电场强度， 比例系数为电导率。比例系数为电导率。 欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式欧姆定律欧姆定律电流分布不均匀电流分布不均匀 电流密度（垂直于电流方向的单位面积的电流）电流密度（垂直于电流方向的单位面积的

32、电流）1,slR1.8 半导体物理基础图4.1 平均漂移速度分析模型截面积为s的均匀样品，内部电场为|E| ，电子浓度为n。在其中取相距为 的A和B两个截面，这两个截面间所围成的体积中总电子数为 ， 这N个电子经过t时间后都将通过A面，因此按照电流强度的定义tdtnsNdddnqsttnqstqNtQIdnqsIJ电子漂移电流密度电子漂移电流密度 Jn=-nq （n型）型） 空穴漂移电流密度空穴漂移电流密度 Jp=pq （p型）型）（vdn和和vdp分别为电子和空穴的平均漂移速度）分别为电子和空穴的平均漂移速度）nddp1.8 半导体物理基础电场不太强时，漂移电流遵从欧姆定律：电场不太强时，漂

33、移电流遵从欧姆定律：dnnqvE EJEnqvdnn不随电场变化，不随电场变化， 为一常数，为一常数，通常用通常用正值正值表示其比例系数，表示其比例系数，电子的迁移率电子的迁移率 nqEvndn意义：意义：单位场强下电子的平均漂移速度单位场强下电子的平均漂移速度, 单位是单位是m2/Vs 或者或者cm2/Vs令1.8 半导体物理基础电子漂移电流密度电子漂移电流密度Jn=-nqvdnEvndnEJnq（电子和空穴）（电子和空穴）dv欧姆定律微分形式欧姆定律微分形式l 反映了外电场作用下漂移运动的难易程度反映了外电场作用下漂移运动的难易程度l 不同半导体材料，不同半导体材料，n、p不同不同l 即使

34、是同一种材料中，即使是同一种材料中，n和和p也不同，一般来说也不同，一般来说np1.8 半导体物理基础n型半导体：型半导体： EnqJnqnnnnp型半导体：型半导体：EpqJpqpppp混 合 型 ：混 合 型 ：EpqnqJpqnq)(pnpn本征半导体：本征半导体：)(pniiiqnnpn 电子和空穴漂移电流密度1.8 半导体物理基础当外电场作用于半导体时，载流子一方面作定向漂移运动，另一方面又晶格原子、杂质原子(离子)和其它载流子发生碰撞而遭到散射，因此运动速度大小和方向不断改变，漂移速度不能无限积累，电场对载流子的加速作用只存在于连续的两次散射之间。半导体中载流子遭到散射的根本原因在

35、于晶格周期性势场遭到破坏而存在有附加势场。因此凡是能够导致晶格周期性势场遭到破坏的因素都会引发载流子的散射。载流子热运动载流子热运动原子热振动原子热振动杂质杂质 缺陷缺陷晶体有限尺寸带来的界面晶体有限尺寸带来的界面 半导体中的散射机构是电离杂质散射和半导体中的散射机构是电离杂质散射和晶格振动散射，而晶格振动散射主要是晶格振动散射，而晶格振动散射主要是以长纵光学波和长纵声学波为主。以长纵光学波和长纵声学波为主。1.8 半导体物理基础* (5.12a)cpd peakpevEm 令cp表示两次碰撞之间的平均时间：84 空穴迁移率 电子迁移率*= (5.13)dpcpppveEm*= (5.14)d

36、ncnnnveEm所谓自由载流子，实际上只有在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。意义意义：平均自由时间愈长，或者：平均自由时间愈长，或者说单位时间内遭受散射的次数愈说单位时间内遭受散射的次数愈少，少，载流子的迁移率愈载流子的迁移率愈高；高；1.8 半导体物理基础85*= (5.13)dpcpppveEm*= (5.14)dncnnnveEm1.8 半导体物理基础当温度高于绝对零度时，半导体中的原子由于具有一定的热能而在其晶格位置上做无规则热振动，破坏了势函数，导致载流子电子、空穴、与振动的晶格原子发生相互作用。这种晶格

37、散射称为声子散射。 (5.15)nLT 半导体中掺入杂质原子可以控制或改变半导体的性质，室温下杂质电离，在电子或空穴与电离杂质之间存在的库仑作用会引起他们之间的碰撞或散射，这种散射机制称为电离杂质散射。3 2 (5.16)IITN- IdaNNN111 (5.18)LI1.8 半导体物理基础 (5.15)nLT3 2 (5.16)IITN- IdaNNN111 (5.18)LI几种散射机构同时存在时几种散射机构同时存在时极低温度下：晶格原子的热振动很弱，杂质散射占优，是极低温度下：晶格原子的热振动很弱，杂质散射占优，是NI的函数；的函数； 若若NI很小，很小，晶格散射起主要作用晶格散射起主要作用T，。 高温下：晶格散射占优势，高温下：晶格散射占优势，对对NI依赖程度小。依赖程度小。高