高二物理竞赛课件杂质半导体中的载流子浓度

杂质半导体中的载流子浓度

2024/4/272杂质半导体中的载流子浓度结论：①杂质半导体中，自由电子和空穴浓度的乘积等于同温

度下本征半导体中自由电子或空穴的浓度平方。②杂质半导体中，多子的浓度近似等于掺杂浓度，少子浓度随温度升高而迅速增大。nnpn=ni2=pi2nppp=ni2=pi2nn=ND+pnpp=NA+npN型半导体：P型半导体：式中：nn表示N型半导体中自由电子浓度，pn表示N型半导体中

空穴浓度，np表示P型半导体中自由电子浓度，pp表示P

型半导体中空穴浓度，ni、pi分别表示本征半导体中自由

电子和空穴浓度，ND表示施主杂质浓度，NA表示受主杂

质浓度记忆2024/4/273N型半导体概念：在本征半导体中掺入高价元素（施主杂质）使

自由电子浓度大大高于空穴浓度的半导体。2024/4/274图1.1.3掺杂五价元素原子的

N型半导体示意图+4+4+5+4多余电子磷原子

掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。2024/4/275P型半导体概念：在本征半导体中掺入低价元素（受主杂质）使

空穴浓度大大高于自由电子浓度的半导体。2024/4/276+4+4+3+4硼原子P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。空穴2024/4/277杂质半导体的示意表示法:－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体

杂质型半导体中多子和少子的定向移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。2024/4/2781.1.3载流子在半导体内的运动载流子在电场作用下的漂移运动概念：在外加电场作用下，自由电子和空穴产生定向运动Jpt=μpqpEJnt=-(-q)nμnE=μnqnEJt=Jpt+Jnt=(pμp+nμn)qE式中：Jpt表示空穴漂移电流密度

Jnt表示电子漂移电流密度；

Jt表示漂移电流密度；

μn表示自由电子迁移率；

μp表示空穴迁移率。2024/4/279载流子在浓度梯度作用下的扩散运动概念：在浓度差的作用下，自由电子和空穴产生的定向运动式中：JnD

表示电子电流密度；

JpD

表示空穴电流密度；

Dn

表示自由电子扩散率；

Dp

表示空穴扩散率。图1.1.5光照产生的载流子浓度分布2024/4/27101.2PN结与晶体二极管在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的运动，在它们的交界面处就形成了PN

结。1.2.1PN结的动态平衡过程和接触电位差（书中P5！）

⑴

P型区到N型区的过渡带两边的自由电子和空穴浓度相差很大，在浓度差下形成扩散运动，P区的空穴（多子）向N区扩散，N区的自由电子（多子）向P区扩散⑵在过渡区域产生强烈的复合作用使自由电子和空穴基本消失，在过渡带中产生一个空间电荷区（耗尽区）⑶扩散运动使过渡带内失去了电中性，产生电位差和电场，分别称为接触电位差和内建电场⑷内建电场由N区指向P区阻碍多子的扩散运动，却促进过渡带中少子的漂移运动2024/4/2711⑸漂移运动中和过渡区中的电荷从而削弱内建电场，随着扩散运动和漂移运动的进行，最后达到一个平衡状态，即内建电场的强度恰好使扩散运动和漂移运动的速度相等，这种平衡称为动态平衡PN结的接触电位差：T=300K时，VT≈26mV，为热力学电压；锗的Vφ，硅的Vφ⑹这时过渡带中的接触电位差，内建电场强度，空间电荷区宽度均处于稳定值，这时我们认为PN结已经形成，并把P、N的过渡带称为PN结，PN结的宽度为空间电荷区的宽度。2024/4/2712P型半导体区－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体区++++++