刘恩科半导体物理第四章-半导体的导电性

刘恩科半导体物理第四章-半导体的导电性思维导图

半导体的导电性

• 欧姆定律：宏观描述
  • 电流密度
• 载流子的运动
  • 漂移运动：电子在电场力作用下的运动
    • 迁移率
      • 漂移速度 v
      • 杂质浓度
      • 温度
    • 电导率
  • 载流子散射：热运动
    • 电离杂质的散射
      • 双曲线轨迹
      • 电离杂质浓度越高，散射机会越多
      • 温度越高，越不易被杂质散射
    • 晶格振动的散射：只与长波声子作用
      • 声波散射：弹性散射
        • 长波：10E-8 m（几十个原子间距）
        • 长波中的纵波起主要作用，引起禁带宽度变化及附加势场
        • 温度越高，散射概率越高
      • 光波散射：非弹性散射
        • 主要体现在离子晶体
        • 长纵光学波，光学声子
        • 正负离子的位移产生附加势场
        • 低温时作用很小；温度升高，概率迅速增加
    • 其他散射
      • 等同能谷间散射
        • 长声学波散射：弹性散射
        • 长光学波散射：非弹性散射
        • 低温时谷间散射很小
      • 中性杂质的散射
        • 未电离中性杂质的散射
        • 低温起作用
        • 重掺杂半导体
      • 位错散射：位错附加势场
      • 合金散射: 化合物半导体
• 载流子运动参数
  • 迁移率：电子迁移率大于空穴迁移率
    • 高纯样品：晶格散射为主，温度升高，迁移率迅速减小
    • 杂质样品
      • 低温时以杂质散射为主，温度升高，迁移率缓慢增加
      • 温度升高:以晶格散射为主，温度升高，迁移率下降
    • 少子和多子迁移率：以硅为例
      • 低杂质浓度：电子作为多子和少子迁移率相同为1330；空穴为495
      • 杂质浓度增加，电子和空穴的少子和多子迁移率均下降
      • 给定杂质浓度下，少子迁移率大于多子迁移率
        • 比如n型硅中杂质能带使得电子的漂移运动减慢，空穴影响不大，所以空穴迁移率大于电子迁移率
      • 相同浓度下少子与多子迁移率差别随杂质浓度增加而增大
  • 电导率
    • 迁移率
    • 载流子浓度
  • 电阻率
    • 轻掺杂
      • 杂质浓度越高，电阻率越小
    • 重掺杂
      • 偏离直线
    • 电阻率-杂质浓度曲线用于测量杂质浓度
    • 温度
      • 低温：本征激发忽略，杂质电离为主，温度升高，电阻率下降
      • 室温：杂质全部电离，晶格散射为主，温度升高，电阻率增加
      • 高温：本征激发为主，温度升高，电阻率急剧下降
  • 平均自由时间
  • 散射概率
  • 倒数关系
  • 概要
    • 杂质浓度
    • 温度