第四章 半导体导电性

4.1 漂移运动：

载流子在外电场作用下的定向运动。

4.1 迁移率

单位电场作用下载流子的平均漂移速率。

4.2 散射

在晶体中运动的载流子遇到或接近周期性势场遭到破坏的区域时，其状态会发生不同程度的随机性改变，这种现象就是所谓的散射。

4.2 散射几率

在晶体中运动的载流子遇到或接近周期性势场遭到破坏的区域时，其状态会发生不同程度的随机性改变，这种现象就是所谓的散射。散射的强弱用一个载流子在单位时间内发生散射的次数来表示，称为散射几率。

4.2 平均自由程

两次散射之间载流子自由运动路程的平均值。

4.2 平均自由时间：

连续两次散射间自由运动的平均运动时间

4.3. 迁移率与杂质浓度和温度的关系 答案：

一般可以认为半导体中载流子的迁移率主要由声学波散射和电力杂质散射决定，因此迁移率k与电离杂质浓度N和温度间的关系可表为

k?1 3/2?3/2AT?BNT其中A、B是常量。由此可见

（1） 杂质浓度较小时，k随T的增加而减小；

（2） 杂质浓度较大时，低温时以电离杂质散射为主、上式中的B项起主要作用，所以k

随T增加而增加，高温时以声学波散射为主、A项起主要作用，k随T增加而减小；

（3） 温度不变时，k随杂质浓度的增加而减小。

4.3 以n型硅为例，简要说明迁移率与杂质浓度和温度的关系。

杂质浓度升高，散射增强，迁移率减小。 杂质浓度一定条件下：

低温时，以电离杂质散射为主。温度升高散射减弱，迁移率增大。

随着温度的增加，晶格振动散射逐渐增强最终成为主导因素。因此，迁移率达到最大值后开始随温度升高而减小。

4.3 在只考虑声学波和电离杂质散射的前提下，给出半导体迁移率与温度及杂质浓度关系的表达式。

根据

?i?T2/Ni； ?s?T13?32

可得

??ANiT?3/2?BT3/2

其中A和B是常数。

4.4 以n型半导体为例说明电阻率和温度的关系。 答：

低温时，温度升高载流子浓度呈指数上升，且电离杂质散射呈密函数下降，因此电阻率随温度升高而下降；当半导体处于强电离情况时，载流子浓度基本不变，晶格震动散射逐渐取代电离杂质散射成为主要的散射机构，因此电阻率随温度由下降逐渐变为上升；高温时，虽然晶格震动使电阻率升高，但半导体逐渐进入本征状态使电阻率随温度升高而迅速下降，最终总体表现为下降。

4.4室温下，在本征硅单晶中掺入浓度为1015cm-3的杂质硼后，再在其中掺入浓度为3×1015cm-3的杂质磷。试求：

（1）载流子浓度和电导率。 （2）费米能级的位置。

（注：电离杂质浓度分别为1015cm-3、3×1015cm-3、4×1015cm-3和时，电子迁移率分别为1300、1130和1000cm2/V.s，空穴迁移率分别为500、445和400cm2/V.s；在

19?319?3300K的温度下，k0T?0.026eV，NC?0.0?10cm，NV?0.0?10cm，

ni?1.5?1010cm?3）

09 答案：

室温下，该半导体处于强电离区，则多子浓度

n0?(3?1)?1015?2?1015cm?3

少子浓度p0?ni/n0?1.125?105cm?3；（

2

?1915电导率??q?nn0?1.6?10?1000?2?10?0.32/?cm（2分）

（2）根据n0?niexp???EF?Ei?k0T??? ?可得EF?Ei?0.31eV

所以费米能级位于禁带中心之上0.31eV的位置。 4.6强电场效应

实验发现，当电场增强到一定程度后，半导体的电流密度不再与电场强度成正比，偏离了欧姆定律，场强进一步增加时，平均漂移速度会趋于饱和，强电场引起的这种现象称为强电场效应。

4.6载流子有效温度Te：

当有电场存在时，载流子的平均动能比热平衡时高，相当于更高温度下的载流子，称此温度为载流子有效温度。

4.6热载流子：

在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量大于晶格系统的能量，将这种不再处于热平衡状态的载流子称为热载流子。

第五章 非平衡载流子

5.1非平衡载流子注入：

产生非平衡载流子的过程称为非平衡载流子的注入。

5.1 非平衡载流子的复合：

复合是指导带中的电子放出能量跃迁回价带，使导带电子与价带空穴成对消失的过程。非平衡载流子逐渐消失的过程称为非平衡载流子的复合，是被热激发补偿后的净复合。

5.2 少子寿命（非平衡载流子寿命） 非平衡载流子的平均生存时间。

5.2 室温下,在硅单晶中掺入1015cm-3的磷，试确定EF与Ei间的相对位置。再将此掺杂后的样品通过光照均匀产生非平衡载流子，稳定时ΔN=ΔP=1012cm-3，试确定EPF与EF的相对位置；去掉光照后20μs时，测得少子浓度为5×1011cm-3，求少子寿命τp为多少。（室温下硅的本征载流子浓度为1.5×1010cm-3，k0T=0.026eV）

5.3 准费米能级

对于非平衡半导体，导带和价带间的电子跃迁失去了热平衡。但就它们各自能带内部而言，由于能级非常密集、跃迁非常频繁，往往瞬间就会使其电子分布与相应的热平衡分布相接近，因此可用局部的费米分布来分别描述它们各自的电子分布。这样就引进了局部的非米能级，称其为准费米能级。

5.4 直接跃迁

准动量基本不变的本征跃迁，跃迁过程中没有声子参与。

5.4. 直接复合