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1、第四章 半导体的导电性Electrical conduction of semiconductors,刘丹,重点： 迁移率(Mobility) 散射(Scattering mechanisms) 影响迁移率的本质因素 弱电场下电导率的统计理论,The drift motion of Carrier, Mobility,4.1 载流子的漂移运动 迁移率The drift motion of Carrier, Mobility,漂移运动 扩散运动 迁移率,重 点,The drift motion of Carrier, Mobility,The drift motion of Carrier, M
2、obility,4.1.1欧姆定律,电流密度,欧姆定律（微分形式）,The drift motion of Carrier, Mobility,4.1.2 漂移速率和迁移率,表征了在单位电场下载流子的平均漂移速度。 它是表示半导体电迁移能力的重要参数。,迁移率,The drift motion of Carrier, Mobility,4.1.3 半导体的电导率和迁移率,在一块半导体两端加电压，半导体内部形成电场电子反电场方向漂移，空穴沿电场方向漂移半导体导电作用是电子和空穴导电的总和电子迁移率与空穴迁移率不同，前者大,The drift motion of Carrier, Mobility
3、,对一般半导体,The drift motion of Carrier, Mobility,N型半导体P型半导体本征半导体,The drift motion of Carrier, Mobility,4.2 载 流 子 的 散 射The Scattering of Carriers,4.2.1 载流子散射的概念,载流子散射（1）载流子的热运动,自由程：相邻两次散射之 间自由运动的路程。,The Scattering of Carriers,平均自由程：连续两次散射间自由运动 的平均路程。,（2）载流子的漂移运动,载流子在电场作用下不断加速,理想情况 （无散射）,The Scattering o
4、f Carriers,在外电场作用下，实际上，载流子的运动是：,热运动+漂移运动 单位时间内一个载流子被散射的次数,电流,散射几率 P,The Scattering of Carriers,4.2.2 半导体的主要散射机构,电离杂质散射 晶格振动散射 等同能谷间的散射 中性杂质散射 位错散射 合金散射载流子与载流子间的散射,The Scattering of Carriers,电离杂质散射（即库仑散射）,散射几率 PiNiT-3/2 （Ni：为杂质浓度总和）,散射的原因：附加势场的存在,晶格振动散射,有N个原胞的晶体 有N个格波波矢q 一个q=3支光学波(高频)+3支声学波(低频) 振动方式:
5、 3个光学波=1个纵波+2个横波 3个声学波=1个纵波+2个横波,格波的能量效应以ha为单元,声子,The Scattering of Carriers,格波的能量,根据玻耳兹曼统计理论，温度为T时，频率为a的格波的平均能量,平均声子数,The Scattering of Carriers,电子与声子的碰撞遵循两大守恒法则准动量守恒能量守恒长声学波 弹性散射 光学波 非弹性散射,The Scattering of Carriers,a、声学波散射：在长声学波中，纵波对散射起主要作用，通过体变产生附加势场。 PsT3/2 举例：Ge、Si b、光学波散射：正负离子的振动位移产生附加势场。 举例：
6、GaAs,The Scattering of Carriers,其它散射机构,（1）等同能谷间散射高温下显著,谷间 散射,电子在等同能谷中从一个极值附近散 射到另一个极值附近的散射。,g散射：同一坐标轴能谷间散射f散射：不同坐标轴能谷间散射,The Scattering of Carriers,（2）中性杂质散射在低温下重掺杂半导 体中发生. （3）位错散射位错密度104cm-2时发 生，具有各向异性（4）合金散射同族原子的随机排列（5）载流子与载流子间的散射 在强简并下发生,The Scattering of Carriers,4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系 Temperature D
7、ependence of Impurity Concentration and Mobility,4.3.2电导率、迁移率与平均自由时间的关系,Temperature Dependence of Impurity Concentration and Mobility,Temperature Dependence of Impurity Concentration and Mobility,Temperature Dependence of Impurity Concentration and Mobility,等能面为旋转椭球面的多极值半导体,椭球长轴方向沿，有效质量分别为,Temperatu
8、re Dependence of Impurity Concentration and Mobility,4.3.3 迁移率与杂质和温度的关系,Temperature Dependence of Impurity Concentration and Mobility,Ge在300K下的电子迁移率和空穴迁移率示意图,电子迁移率,空穴迁移率,Temperature Dependence of Impurity Concentration and Mobility,4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系Temperature Dependence of Resistivity and Impuri
9、ty Concentration,Temperature Dependence of Resistivity and Impurity Concentration,Temperature Dependence of Resitivity and Impurity Concentration,2.电阻率随温度的变化,Temperature Dependence of Resitivity and Impurity Concentration,杂质离化区,过渡区,高温本征激发区,(2.2)杂质半导体,Temperature Dependence of Resitivity and Impurity
10、 Concentration,4.5 波尔兹曼方程、电导率的统计理论Boltzmann Equation,Theory of Resistivity,f0：热平衡状态下的分布函数,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,f=f（k，r，t）：非平衡态的分布函数,影响分布函数的因素： （1）外场漂移 （2）散射机构散射,1、Boltzmann方程,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,漂移项,散射项,因此，得到非平衡态下Boltzman
11、n方程的一般形式：,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,讨论：,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,4.5.2 弛豫时间近似,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,4.5.3 弱场近似下Boltzmann方程的解,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,Boltzmann Equation,Theory of Resitivity,
