半导体物理学第四章半导体的导电性课程复习

第四章半导体的导电性4．1理论概要与重点分析j=用？五寸=jjqpE—oE （心1）其中 w—rit）// （4.2）为孕休的电导率，affif平均漂移速度初=»£则从二备是电子的迁移率”-腔取正值。□见迁移率是指在单位电场作用下jut的平均漂移速度.此可以说迁移率是反映物休中載流子在电场作用下做宦向运动难甜程攬的物埋ia°pS(4,it)心）申导怵中冇胸种载流子一一电子和空穴.它们的迁移率不同•分别用村•炒表示.则pS(4,it)电于电流人=理眄E=sE(t3>空冗陀流i严pq氏E=®E仏4}总41流j二人+jp=（射炉n十向犁p）E=ilE(15》总屯导率0=昭店+枫抖p(4.6)对强n型比fyjfp. J=K^n(1.1}对强P塑P^nt d—(4.8)木醛型rt—p=ntt 硏=禺旅他十尹J5.9)电阻率見电导率的倒数•所以有;n型(k10)P庄苗种裁淹了哄存*且任意一种都不可惣略的…敵悄况下，电阻率为<4.12)由于半导体的电阻率能用四探针法很方便地测量，所以常用它作为半导体的重要性能参量。（3）由上可见，分析半导体的导电性，应从载流子浓度和迁移率两方面入手。而载流子浓度问题在第3章中做了系统的讨论，在这里应用时，应全面考虑。而迁移率的问题是本章的重点。迁移率是载流子在晶体中运动时不断遭受到各种散射因素的作用决定的。半导体中的主要散射机构是电离杂质散射和晶格振动散射。而晶格振动散射又以长纵声学波和光学波的散射为主。散射作用的强弱用散射概率P（或平均自由时间T=1/p）来衡量，它表示单位时间内一个载流子遭受到散射的次数。经分析，几

电子(4.19)种主要的散射机构单独决定的散射概率与杂质浓度叫和温度T有如下的关系:其中扁为声子能fih其他因索引起的般射述有:等同能谷间散射、碱陷和位错散射、申件杂质傲射以及載流子之间的敵射等*(1)逋过对外加电场下载流子的平均漂移迷度的计箕，可得到载流子的迁移率与平均自由时何「的关系；式中(4.⑻电子(4.19)种主要的散射机构单独决定的散射概率与杂质浓度叫和温度T有如下的关系:其中扁为声子能fih其他因索引起的般射述有:等同能谷间散射、碱陷和位错散射、申件杂质傲射以及載流子之间的敵射等*(1)逋过对外加电场下载流子的平均漂移迷度的计箕，可得到载流子的迁移率与平均自由时何「的关系；式中(4.⑻3那爾| .二5；岸+如；曲側・ 耐中(mp)3+Cm；>J分别为电干和空穴的电导有效质瞅汀一丘是各种散射机构所决定的电子和空穴的平沟自由时RU总散射槪率是各种散射机构所决定的散射櫃率之和，即F=P|+Pu+Pw十…”在SLO等原子性胡体中,起主姜作用的是电离杂质散射和氏纵声学波的散射.由它们所决览的迁夥率与温度及杂质浓度的关系为戸=話(辰丽)由此可以定性地解释半导体中迁移率随杂质浓度和温庫的变化规律•进而再结合戟流子浓度随杂质浓度和温度的变化•可解释电阻率随余质灌度利温度的变化.(4.16)(4.17)电离杂质龍射拴纵崗学波散射昨卸7执H说拴纵光学波散射(1.15)(4.14)(5)半导体在外加电磁场的作用下，电子的分布函数要发生变化，稳态时分布函数的变化满足玻尔兹曼方程。借）如果系统内部没有溫度梯度J不随位说借）如果系统内部没有溫度梯度J不随位说r变化■可简化为求解这一诫分积分方程，-俄用弛稼时间近他的方法口由此■式（t21）nf变为i*TT/——扌—h(4.20)(4.2D(4.22)它表示一种弛豫过桎:如果将外场馭消,ft］于散射儒用，i叮便分布曲数子逐渐恢复到平懺的分布函数人t为弛陳时间。C4,23)实际上载流子足有•定的速度统计分布的°C4,23)迁移率q<rv2>迁移率在只有扶声学波散射时.可il-W.t(<25)式中出为电于的平均自由挪.（6）在强电场作用下，载流子的平均漂移速度不再与电场强度成正比。随着电场强度的增加，漂移速度的增加比线性变得缓慢，最后达到一个饱和值。很显然，这时的迁移率变得与电场有关，这一物理现象可用热载流子与光学波的晶格散射概念予以解释。芳电场很强时.载流子从电场中获徘的能量”无迭很快以声学声于的形式释放给晶格*使其平均能压扃出晶格系统前能［乙即栽流产的有致溢度T-比晶格温度丁髙。址弱电场时也子迁移率为尸「用式（125）表示，则在强电场时严弘之比(4.26)当电场逬一

从而他漂移可见馳着电场的拥毎》T.当电场逬一

从而他漂移（7）由于GaAs的导带具有多能谷结构，而最低能谷和次低能谷间的能量间隔较小，当电场强度达到一定程度时，最低能谷中电子从电场中获得能量后，使其与次低能谷的能量相当。即会发生谷间散射，低能谷中的电子向高能谷中转移，且随电场强度的进一步增加，转移的电子越多，高能谷中电子的有效质量远大于低能谷的有效质量，因而在