2022-2023学年高二物理竞赛课件：迁移率及电导率与杂质浓度和温度的关系

迁移率及电导率与杂质浓度和温度的关系

迁移率及电导率与杂质浓度和温度的关系

⑴迁移率ⅰ

掺杂浓度一定（饱和电离）时,μ大→σ大,即导电能力强;其中弛豫时间て与散射机构有关（散射几率大时，迁移率小）。例：一般情况下μn

>μp，因此,npn比pnp的晶体管更适合于高频器件.对于MOS器件,n沟道器件比p沟道器件工作速度快.

ⅱ

迁移率μ的公式为则有mc称为电导有效质量.电导率σ的表示式为②③几种散射同时存在时，有:实际的弛豫时间て及迁移率μ由各种散射机构中最小的弛豫时间和迁移率决定，此时相对应的散射最强.①ⅲ

与温度的关系：讨论：1.

在高纯材料中：以上时，㏒μ~

㏒T的关系曲线为线性，表明μ是T

的幂函数.可见，随着T的增大,μ

下降的速度要比声学波散射的T-3/2的规律要快，这是因为长光学波散射也在起作用，是二者综合作用的结果。2.在掺有杂质的半导体中：T一定（室温）时，由㏒μ~㏒N关系曲线，得GaAsGeSi㏒μ10210181019㏒

N与掺杂浓度的关系：若掺杂浓度一定，㏒μ~T

的关系为：-10020001001015cm-3㏑μn1013cm-31016cm-31017cm-31018cm-31019cm-3T（℃）（Si中电子迁移率）与温度的关系：NI

↑→电离杂质散射渐强→μ随T下降的趋势变缓NI很大时（如1019cm-3）,在低温的情况下,T↑,μ↑（缓慢）,说明杂质电离项作用显著;在高温的情况下,T↑,μ↓，说明晶格散射作用显著.NI很小时,[1013(高纯)—1017cm-3(低掺)].BNI/T3/2<<CT3/2.

所以，随着温度的升高，迁移率μ下降。即T↑，μ↓。此时晶格散射起主要作用。-10020001001015cm-3㏑μn1013cm-31016cm-31017cm-31018cm-31019cm-3总之：低温和重掺杂时，电离杂质散射主要影响因素;

高温和低掺杂时，晶格振动散射为主要影响因素.电导率ⅰ

与温度的关系：1/T饱和区本征区杂质电离㏑σ①低温区：

T↑n↑μ↑.(电离杂质散射).

主要由n~T的变化决定.

㏑σ~1/T为一条直线，其斜率为无补偿有补偿确定电离能EI的方法②温度升高到杂质饱和电离区：

n基本不变，晶格振动散射是主要的。随着温度T的升高,迁移率μn下降,电导率σ也下降。即

T↑→μn↓→σ↓③进入本征区后：随着温度T的升高,载流子浓度n以e指数的形式增加，而迁移率μn以幂指数的形式下降,电导率σ也上升。即

T↑→n↑,

μn↓→σ↑1/T饱和区本征区杂质电离㏑σ

作lnσ～1/T的关系曲线，为一条直线,根据其斜率-Eg/2k可确定出禁带宽度。ⅱ

与杂质浓度的关系：轻掺杂情况下(1016~1018cm-3),可认为300k时，杂质饱和电离.所以n≈Nd,p≈Na，或n≈Nd–Na,p≈Na–Nd

(轻补偿).以N型半导体为例：㏑ρ=-㏑Nd-㏑eμn

其中,μn随杂质浓度变化不大，低温时才显著。㏑ρ~㏑Nd

为直线，如书P.121，图5.7所示。我们可直接进行ρ~Nd之间的换算，这在器件设计时有重要的作用