半導體導電性

4.1.載流子的漂移（drift）運動半導體中的載流子在外場的作用下，作定向運動---漂移運動。相應的運動速度---漂移速度。漂移運動引起的電流---漂移電流。第4章半導體的導電性(Electrical

Conductivity)1、drift(漂移)定性分析：遷移率的大小反映了載流子遷移的難易程度。可以證明：2Mobility（遷移率）------遷移率單位電場下，載流子的平均漂移速度3影響遷移率的因素不同材料，載流子的有效質量不同；但材料一定，有效質量則確定。對于一定的材料，遷移率由平均自由時間決定。也就是由載流子被散射的情況來決定的。半導體的主要散射（scatting）機構：*Phonon（lattice）scattering聲子（晶格）散射*Ionizedimpurityscattering電離雜質散射*scatteringbyneutralimpurityanddefects中性雜質和缺陷散射*Carrier-carrierscattering載流子之間的散射*Piezoelectricscattering壓電散射能帶邊緣非周期性起伏（1）晶格振動散射聲學波聲子散射幾率：光學波聲子散射幾率：（2）電離雜質散射電離雜質散射幾率：總的散射幾率：P=PS+PO+PI+----總的遷移率：主要散射機制電離雜質的散射：晶格振動的散射：溫度對散射的影響輕摻雜時電離雜質散射可忽略遷移率4.2遷移率與雜質濃度和溫度的關系1.遷移率~雜質濃度非輕摻雜時雜質濃度電離雜質散射2.遷移率與溫度的關系輕摻：忽略電離雜質散射μ高溫：晶格振動散射為主μT晶格振動散射μ非輕摻：低溫：電離雜質散射為主

T電離雜質散射T晶格振動散射4.3載流子的遷移率與電導率的關系(Mobility~Conductivity)-------毆姆定律的微分形式1.毆姆定律的微分形式2.電流密度另一表現形式3.電導率與遷移率的關系Ez電導遷移率電導有效質量4.4電阻率與摻雜、溫度的關系1.電阻率與雜質濃度的關系輕摻雜：μ~常數；n=NDp=NA

電阻率與雜質濃度成簡單反比關系。非輕摻雜｛μ：雜質濃度μρn、p：未全電離;雜質濃度n（p）ρ雜質濃度增高時，曲線嚴重偏離直線。原因2.電阻率與溫度的關系μ：

T電離雜質散射μρ

*低溫n（未全電離）：Tnρρμ：

T晶格振動散射μρ

*中溫n（全電離）：n=ND飽和ρμ：

T晶格振動散射μρ

*高溫n（本征激發開始）：Tnρρ例題例.室溫下,本征鍺的電阻率為47Ω·㎝，(1)試求本征載流子濃度。(2)若摻入銻雜質，使每106個鍺中有一個雜質原子，計算室溫下電子濃度和空穴濃度。（3）計算該半導體材料的電阻率。設雜質全部電離。鍺原子濃度為4.4×/㎝3,μn=3600/V·s且不隨摻雜而變化.解:4.5Hight-FieldEffects(強電場效應)1歐姆定律的偏離電場不太強時：μ與電場無關，歐姆定律成立。電場強到一定程度（103V/cm）后：μ與電場有關，歐姆定律不成立。平均漂移速度隨外電場的增加而加快的速度變得比較慢。飽和漂移速度/極限漂移速度。電場很強時：平均漂移速度趨于飽和解釋：*載流子與晶格振動散射交換能量過程*平均自由時間與載流子運動速度有關加弱電場時，載流子從電場獲得能量，使載流子發射的聲子數略多于吸收的聲子數。但仍可認為載流子系統與晶格系統保持熱平衡狀態。加強電場時，載流子從電場獲得很多能量，使載流子的平均能量比熱平衡狀態時的大，因而載流子系統與晶格系統不再處于熱平衡狀態。*平均自由時間與載流子運動速度有關無電場時：平均自由時間與電場無關低電場時：平均自由時間與電場基本無關強電場時：平均自由時間由兩者共同決定。與光學波聲子散射載流子從電場獲得的能量大部分又消失,故平均漂移速度可以達到飽和。極強電場時：4.3IntervalleyCarrierTransfer

（能谷間的載流子轉移）1IntervalleyScattering(能谷間散射）物理機制：從能帶結構分析n1n2*Centralvalley*Satellitevalley中心谷：衛星谷：衛星能谷中電子的漂移遠比中心能谷中電子的漂移慢.谷2（衛星谷）：E-k曲線曲率小1電場很低2電場增強3電場很強2Negetivedifferentialconductance(負微分電導)在某一個電場強度區域，電流密度隨電場強