半导体物理学——(四)半导体的导电性

article/2025/10/31 14:25:37

载流子的漂移运动和迁移率

*欧姆定律
在这里插入图片描述
漂移运动与迁移率
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半导体的电导率与迁移率
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对于n型半导体Jn起主要作用,对于p型半导体Jp起主要作用,对于本征半导体,用本征载流子浓度分别于Jn Jp相乘。

载流子的散射

含义:载流子在半导体中运动时,便会不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生作用,或者说发生碰撞,碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变,用波的概念,就是说电子泊在半导体中传播时遭到了散射。
自由载流子:实际上只在两次散射之间才真正是自由运动的,其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程,而平均时间成为平均自由时间。
半导体的主要散射机构
产生散射的根本原因是载流子的周期性势场被破坏。

  1. 电离杂质的散射
    常以散射概率P来描述散射的强弱,它代表单位时间内的一个载流子受到散射的次数。
    在这里插入图片描述

  2. 晶格振动的散射(迁移率随温度升高而降低)
    (1)声学波与光学波
    一纵两横,即一平行两垂直。

  3. 其他因素引起的散射

迁移率与杂质浓度和温度的关系

平均自由时间和散射概率的关系
****
电导率,迁移率与平均自由时间的关系
(记住公式即可)
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因为电子和空穴的平均自由时间和有效质量不同,所以他们的迁移率也是不同的,若假设他们平均自由时间相同,因为电子电导有效质量小于空穴有效质量,所以,电子迁移率大于空穴迁移率。
****我觉得有必要提一下有效质量的意义,学渣的我表示经常忘记意义。。。
原子中电子吸收外界能量后,脱离原子,从价带进入导带,成为近自由粒子在晶体内运动;电子脱离原子后,在原位置形成空穴,空穴依旧受到来自原子势场的作用;有效质量的意义:体现了载流子受到内部势场和外电场作用的综合效果,空穴收到了更多来自于半导体内部势场的影响,故体现为具有更大的有效质量。
迁移率与杂质和温度的关系
在这里插入图片描述

  1. 当杂质浓度增加,杂质散射影响增强;浓度高到一定数值,低温范围,随着温度的升高,电子迁移率上升,即温度较低时,杂质散射起主要作用,迁移率随着温度的升高而升高,温度继续升高,以晶格振动散射为主,迁移率下降。
  2. 低参杂时,少子与多子迁移率相同;杂质浓度增大到一定程度后,少子迁移率大于相同参杂浓度下的多子迁移率。(重参杂时杂质能级扩展为杂质能带)
  3. 杂质浓度较低时,空穴的多子与少子迁移率也趋近于相同的数值。
  4. 当杂质浓度增大时,电子与空穴的多子少子迁移率都下降。
  5. 对给定的杂质浓度,电子与空穴的少子迁移率均大于相同杂质浓度下的多子迁移率。
  6. 相同杂质浓度下少子与多子迁移率的差别,随着杂质浓度的增大而增大。
    电阻率及其与杂质浓度和温度的关系

根据电阻率与电导率的公式。

电阻率随温度的变化:对于纯半导体材料,电阻率主要有本征载流子浓度所决定。本征半导体电阻率随温度上升而单调下降,这是半导体区别于金属的一个重要特征。


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