载流子输运精品文稿.ppt

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1、载流子输运第1页，本讲稿共21页4.1 载流子的漂移运动和迁移率载流子的漂移运动和迁移率 一、漂移运动和漂移速度一、漂移运动和漂移速度外加电压时，半导体内部的外加电压时，半导体内部的载流子受到电场力的作用载流子受到电场力的作用，作定向运动形成电流。作定向运动形成电流。漂移运动：漂移运动：载流子在电场力作用下的运动。载流子在电场力作用下的运动。漂移速度：漂移速度：载流子定向漂移运动的速度。载流子定向漂移运动的速度。第2页，本讲稿共21页E外电场作用下电子的漂移运动外电场作用下电子的漂移运动第3页，本讲稿共21页二、欧姆定律二、欧姆定律 金属：金属：电子电子 半导体：半导体：电子、空穴电子、空穴

2、微分形式微分形式电流密度电流密度 J（A/m2):通过垂直通过垂直于电流方向的单位面积的电流。于电流方向的单位面积的电流。E 为电场强度为电场强度电流电流 I(A):单位时间内通单位时间内通过垂直于电流方向的某过垂直于电流方向的某一面积的电量。一面积的电量。第4页，本讲稿共21页三、电导率三、电导率 的表达式的表达式 设设：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。以柱形以柱形 n 型半导体为例，分析半导体的电导现象型半导体为例，分析半导体的电导现象 第5页，本讲稿共21页ds表示表示A处与电流垂直的小面积元，小柱体的高为处与电流垂直的小面积元，小柱体的高

3、为 Vdndt在在dt 时时间间内内通通过过ds的的截截面面电电荷荷量量，就就是是A、B面面间间小小柱体内的电子电荷量，即柱体内的电子电荷量，即 AVdndtBdsVdn第6页，本讲稿共21页其中其中 n 是电子浓度，是电子浓度，q 是电子电荷是电子电荷 电子漂移的电流密度电子漂移的电流密度 Jn 为为 在在电场不太强电场不太强时，漂移电流遵守欧姆定律，即时，漂移电流遵守欧姆定律，即 第7页，本讲稿共21页其中其中为材料的电导率为材料的电导率 E 恒定，恒定，Vdn 恒定恒定 E ,J,Vdn 平均漂移速度的大小与平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比电场强度成正比，其比值称为值称为电子迁移

4、率电子迁移率。第8页，本讲稿共21页因为电子带负电，所以因为电子带负电，所以Vdn一般应和一般应和 E 反反向，习惯上迁移率只取正值，即向，习惯上迁移率只取正值，即上式为电导率和迁移率的关系上式为电导率和迁移率的关系单位场强下电子单位场强下电子的平均漂移速度的平均漂移速度第9页，本讲稿共21页对于空穴，有对于空穴，有：n和和p分别称为电子和空穴迁移率，分别称为电子和空穴迁移率，单位为单位为 cm2V-1s-1 第10页，本讲稿共21页影响迁移率的因素影响迁移率的因素1、与散射的关系：载流子迁移率的变化与半导体、与散射的关系：载流子迁移率的变化与半导体内发生散射的数量成反比，主要包括：晶格散射和

5、内发生散射的数量成反比，主要包括：晶格散射和电离杂质散射电离杂质散射2、与掺杂的关系：低掺杂浓度情况下，载流子、与掺杂的关系：低掺杂浓度情况下，载流子的迁移率基本上与掺杂浓度无关，超过的迁移率基本上与掺杂浓度无关，超过1015/cm3时，迁移率随着时，迁移率随着NA和和ND的增加单的增加单调的减小调的减小3、与温度的关系：对于、与温度的关系：对于NA或或ND1014、cm3时，时，n n T(-2.3),p T(-2.2),第11页，本讲稿共21页电阻率电阻率半导体内总的电流密度和电导率为：半导体内总的电流密度和电导率为：第12页，本讲稿共21页对对 n 型半导体：型半导体：对对 p 型半导体

6、型半导体：对对 本证半导体本证半导体：第13页，本讲稿共21页在饱和电离区：在饱和电离区：n 型，单一杂质：型，单一杂质：no=ND补偿型：补偿型：no=NDNA第14页，本讲稿共21页 本征：本征：补偿型：补偿型：po=NANDP 型，单一杂质：型，单一杂质：po=NA第15页，本讲稿共21页 电阻率的一般公式：电阻率的一般公式：n 型半导体：型半导体：p 型半导体：型半导体：第16页，本讲稿共21页第17页，本讲稿共21页第18页，本讲稿共21页第19页，本讲稿共21页第20页，本讲稿共21页第四章第四章一、电导率的表达式以及迁移率和电导率一、电导率的表达式以及迁移率和电导率 与与平均自由时间的关系平均自由时间的关系 二、载流子的散射二、载流子的散射 1.电离杂质的散射：低温、掺杂浓度高电离杂质的散射：低温、掺杂浓度高 2.晶格散射：高温、掺杂浓度低晶格散射：高温、掺杂浓度低 三三、元元素素半半导导体体的的迁迁移移率率和和电电阻阻率率与与温温 度和掺杂浓度的关系度和掺杂浓度的关系作业：作业：P97 3.5、3.6第21页，本讲稿共21页