2.9-2.14载流子分布\传输 与理想情况的偏离§晶格原子是振动的§材料含杂质§晶格中存在缺陷Ø点缺陷（空位、间隙原子）Ø线缺陷（位错）Ø面缺陷（层错） 与理想情况的偏离的影响§极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响，同时也严重影响半导体器件的质量Ø1个B原子/ 个Si原子 在室温下电导率提高 倍ØSi单晶位错密度要求低于 在纯净的半导体中掺入一定量不同类型的杂质， 并通过对其数量和在空间的分布精确地控制，实 现对电阻率和少子寿命的有效控制，从而人为地改变半导体的电学性质，如n型半导体和p型半导体原因：杂质能级的产生－－晶体的势场的周期性受到破坏而产生附加势场，使得电子或空穴束缚 在杂质周围，产生局域化的量子态即局域态，使 能带极值附近出现分裂能级－－杂质能级半导体的杂质工程 间隙式杂质、替位式杂质§杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，该杂质称为间隙式杂质Ø间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、GaAs材料中的离子锂（0.068nm）§杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，该杂质称为替位式杂质Ø替位式杂质原子的大小和价电子壳层结构要求与被取代的晶格原子相近。
如Ⅲ、Ⅴ族元素在Si、Ge晶体中都为替位式杂质 间隙式杂质、替位式杂质§单位体积中的杂质原子数称为杂质浓度 杂质：半导体中存在的与本体元素不同的其它元素杂质出现在半导体中时，产生的附加 势场使严格的周期性势场遭到破坏，可能在禁 带中引入允许电子的能量状态（即能级）杂质能级位于禁带之中、杂质与杂质能级 Si 、Ge 晶体中的杂质能级 导带电子 电离施主P+束缚在正电中心附近的所受到的束缚力比共价键弱得多！举例： Si 中掺磷 P（Si：P）1.施主能级：施主能级： 表 Ⅲ、Ⅴ族杂质在硅、锗晶体中的电离能(eV)晶体Ⅴ族杂质电离能ΔED Ⅲ族杂质电离能ΔEA PAsSbBAlGaInSi0.0440.0490.0390.0450.0570.0650.16Ge0.01260.01270.00960.010.010.0110.011 半导体器件和集成电路生产中就是利用杂质补偿作用，在n型Si外延层上的特定区域掺入比原先n型外延层浓度更高的受主杂质，通过杂质补偿作用就形成了p型区，而在n型区与p型区的交界处就形成了pn结如果再次掺入比p型区浓度更高的施主杂质，在二次补偿区域内p型半导体就再次转化为n型，从而形成双极型晶体管的n-p-n结构。
图 晶体管制造过程中的杂质补偿 位错位错施主情况 受主情况 本征载流子浓度本征载流子浓度（既适用于本征半导体，也适用于非简并的杂志半导体） 杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度§一个能级能容纳自旋方向相反的两个电子§杂质能级只能是下面两种情况之一Ø被一个有任一自旋方向的电子占据Ø不接受电子 杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度§施主能级上的电子浓度（没电离的施主浓度）§受主能级上的电子浓度（没电离的受主浓度） 杂质半导体载流子浓度杂质半导体载流子浓度§电离施主浓度§电离受主浓度 n和p的其他变换公式本征半导体时， 非简并(nondegenerate)半导体：电子或空穴的浓度分别远低于导带或价带中有效态密度，即费米能级EF至少比EV高3kT，或比EC低3kT的半导体通常对硅及砷化镓中的浅层受主而言，室温下即有足够的热能，供给将所有施主杂质电离所需的能量ED，因此可在导带中提供与所有施主杂质等量的电子数，即可移动的电子及不可移动的施主离子二者浓度相同这种情形称为完全电离，如图在完全电离的情形下，电子浓度为 施主离子非简并半导体及其载流子浓度非简并半导体及其载流子浓度 可见，施主浓度越高，能量差(EC-EV)越小，即费米能级往导带底部移近。
同样地，受主浓度越高，费米能级往价带顶端移近同样，对如图所示的浅层受主能级，假使完全电离，则空穴浓度为p=NA 非简并半导体及其载流子浓度非简并半导体及其载流子浓度 N(E) F(E) n(E)和p(E)导带价带0 0.5 1.0(a) 能带图 (b) 态密度 (c) 费米分布函数 (d) 载流子浓度 下图显示如何求得载流子浓度的步骤（注意np＝ni2），其步骤与求本征半导体时类似但在此例中费米能级较接近导带底部，且电子浓度（即上半部阴影区域）比空穴浓度（下半部阴影区域）高出许多 例 一硅晶掺入每立方厘米1016个砷原子，求室温下(300K)的载流子浓度与费米能级 解 在300K时，假设杂质原子完全电离，可得到室温时，硅的ni为9.65×109cm-3从本征费米能级算起的费米能级为从导带底端算起的费米能级为因为 下图显示当施主浓度ND＝1015cm－3时，硅的电子浓度对温度的函数关系图 在低温时，晶体中的热能不足以电离所有存在的施主杂质。
有些电子被冻结在施主能级中，因此电子浓度小于施主浓度当温度上升时，完全电离的情形即可达到(即nn＝ND)当温度继续上升时，电子浓度基本上在一段长的温度范围内维持定值，此为非本征区然而，当温度进一步上升，达到某一值，此时本征载流子浓度可与施主浓度相比，超过此温度后，半导体便为本征的半导体变成本征时的温度由杂质浓度及禁带宽度值决定 电子浓度n/cm-3 非简并半导体及其载流子浓度非简并半导体及其载流子浓度 载流子的散射4.2.1载流子散射的概念热运动：无规则的、杂乱无章的运动载流子散射：流子散射：载流子在半流子在半导体中运体中运动时，不断地与，不断地与热振振动着的晶格原子或着的晶格原子或电离了的离了的杂质离子离子发生碰撞用波的概念，即用波的概念，即电子波在半子波在半导体中体中传播播时遭到了散遭到了散射射平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程平均自由时间：连续两次散射间的平均时间有外电场作用时载流子受到电场力的作用作定向运动载流子不断遭到散射，使运动方向改变 4.2.2半导体的主要散射机构散射的原因：附加势场的存在1.电离杂质散射2.晶格振动散射（1）声学波和光学波格波：晶体中原子的一种集体运动形式 电离杂质的散射杂质电离的带电离子破坏了杂质附近的周期性势场，它就是使载流子散射的附加势场散射概率 代表单位时间内一个载流子受到散射的次数电离施主散射电离受主散射 格波波数矢量取决于晶体原胞中的原子数，每个原子对应一个q具有3个格波。
频率低的为声学波，频率高的是光学波无论声学波还是光学波均为一纵（振动与波传播方向相同）两横（振动与波传播方向垂直）在长波范围内，声学波的频率与波数成正比，光学波的频率近似是一个常数格波的能量格波能量每增加或减少，称作吸收或释放一个声子根据玻耳兹曼统计理论，温度为T时，频率为υa的格波的平均能量 膨胀状态--原子间距增大压缩状态—原子间距减小纵纵声声学学波波示示意意图图（（2）声学波散射）声学波散射 ABEcEv导带禁带价带Eg (3)光学波散射正负离子的振动位移产生附加势场离子晶体中光学波对载流子的散射几率光学波散射在低温时不起什么作用 + + +- + + + +- -+ + +- - -+- - - -+ - - -+ + +- + + + +- -+ + ++ + +- + + + +- -+ + +- - -+- - - -+ - - -+ - + - +纵光学波纵光学波离子晶体离子晶体极化场极化场 对原子晶体：对原子晶体：主要是纵声学波散射；主要是纵声学波散射； 对离子晶体：对离子晶体：主要是纵光学波散射。
主要是纵光学波散射 低温时，主要是电离杂质的散射；低温时，主要是电离杂质的散射； 高温时，主要是晶格散射高温时，主要是晶格散射 漂移速度和迁移率漂移运动：电子在电场力作用下的运动漂移速度：定向运动的速度 与 的关系N个电子以速度 沿某方向运动，在 时刻未遭到散射的电子数为 ，则在 时间内被散射的电子数为因此 与 的关系上式的解为则 被散射的电子数为 与 的关系在 时间内被散射的所有电子的自由时间为 ，这些电子自由时间的总和为 ，则 个电子的平均自由时间可表示为 、 与 的关系§平均漂移速度为 N型半导体P型半导体本征半导体电阻率 电阻率与掺杂的关系N N型半导体型半导体P P型半导体型半导体 例题： 扩散粒子从高粒子从高浓度向低度向低浓度区域运度区域运动 扩散电流 。