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1、4.1.载流子的漂移（drift）运动 半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动-漂移运动。 第第4 4章章 半导体的导电性半导体的导电性 (Electrical(Electrical Conductivity)Conductivity) 1、 drift (漂移) 相应的运动速度-漂移速度 。 漂移运动引起的电流-漂移电流。 迁移率的大小反映了载流子迁移的难易程度。 可以证明： 2 Mobility2 Mobility（迁移率）（迁移率） -迁移率 单位电场下， 载流子的平均 漂移速度 3 3 影响迁移率的因素影响迁移率的因素 半导体的主要散射（scatting）机构： * Phonon
2、（lattice）scattering 声子（晶格）散射 * Ionized impurity scattering 电离杂质散射 * scattering by neutral impurity and defects 中性杂质和缺陷散射 * Carrier-carrier scattering 载流子之间的散射 * Piezoelectric scattering 压电散射 * Intervalley scattering 能谷间的散射 能带边缘非周期性起伏 （1）晶格振动散射 纵波和横波 声学波声子散射几率： 光学波声子散射几率： （2）电离杂质散射 电离杂质散射几率： 总的散射几率：
3、P=PS+PO+PI+ - 总的迁移率： 主要散 射机制 电离杂质的散射： 晶格振动的散射： 温度对散射的影响 迁移率 4.2 4.2 迁移率与杂质浓度和温度的关系迁移率与杂质浓度和温度的关系 1. 迁移率杂质浓度 杂质浓度电离杂质散射 2. 2. 迁移率与温度的关系迁移率与温度的关系 掺杂很轻：忽略电离杂质散射 高温： 晶格振动散射为主 T晶格振动散射 一般情况： 低温： 电离杂质散射为主 T电离杂质散射 T晶格振动散射 4.3 4.3 载流子的迁移率与电导率的关系载流子的迁移率与电导率的关系 (MobilityConductivity)(MobilityConductivity) -殴姆定
4、律的微分形式 1. 殴姆定律的微分形式 2. 电流密度另一表现形式 3.电导率与迁移率的关系 Ez 电导迁移率 电导有效质量 4.多能谷下的电导 4.4 4.4 电阻率与掺杂、温度的关系电阻率与掺杂、温度的关系 1. 电阻率与杂质浓度的关系 轻掺杂：常数；n=ND p=NA 电阻率与杂质浓度 成简单反比关系。 非轻掺杂 ：杂质浓度 n、p：未全电离;杂质浓度 n（p） 杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。 原因 2. 2. 电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系 ： T 电离杂质散射 *低温 n（未全电离）：T n ： T 晶格振动散射 *中温 n（全电离）： n=ND 饱和 ： T 晶格振动散射
5、 *高温 n（本征激发开始）：T n 例题例题 例. 室温下,本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。 (2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下 电子浓度和空穴浓度。（3）计算该半导体材料的电阻率。设杂 质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而 变化. 解: 4.5 Hight-Field Effects (4.5 Hight-Field Effects (强电场效应强电场效应) ) 1 欧姆定律的偏离 解释： * 载流子与晶格振动散射交换能量过程 * 平均自由时间与载流子运动速度有关 加弱电场时，载流子从电场获得能量，使载流子发射的声
6、子数略多于吸收的声子数。载流子的平均能量与晶格相同,仍可 认为载流子系统与晶格系统保持热平衡状态。 加强电场时，载流子从电场获得很多能量，使载流子的平 均能量比热平衡状态时的大，因而载流子系统与晶格系统不再 处于热平衡状态。 一、 载流子与晶格振动散射交换能量过程 与光学波声子散射 载流子从电场获得的能量大部分又消失,故平均漂 移速度可以达到饱和。 极强电场时： 二、 平均自由时间与载流子运动速度有关 无电场时： 平均自由时间与电场无关 低电场时：平均自由时间与电场基本 无关 强电场时：平均自由时间由两者共同 决定。 半定量分析 ： 稳态条件 对于声学波声子散射 其中： 代入（1 ）式得： 即
7、： 电子与声子碰 撞后失去能量 对于光学波声子散射 代入（1）式： 4.3 Intervalley Carrier Transfer （能谷间的载流子转移） 1 Intervalley Scattering ( 能谷间散射） 物理机制： 从能带结构分析 n1 n2 *Central valley *Satellite valley 中心谷： 卫星谷： 谷2（卫星谷）： E-k曲线曲率小 1 电场很低 2 电场增强 3 电场很强 2 Negetive differential conductance(负微分电导) 在某一个电场强度 区域，电流密度随电场 强度的增大而减小。 负的微分电导（negetive differential conductance）。 NDC 阈电场（threshold field） 对于GaAs： 实验现象： 3 Gunn effect (3 Gunn effect (耿氏效应耿氏效应) )
