半導(dǎo)體物理與器件第四章2

1、半導(dǎo)體物理與器件半導(dǎo)體物理與器件 陳延湖陳延湖 n理想半導(dǎo)體：理想半導(dǎo)體： n原子嚴格地周期性排列，晶體具有完整的晶格結(jié)構(gòu)原子嚴格地周期性排列，晶體具有完整的晶格結(jié)構(gòu) n原子是靜止的原子是靜止的 n晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。晶體中無雜質(zhì)，無缺陷。 電子在周期場中作共有化運動，形電子在周期場中作共有化運動，形 成允帶和禁帶成允帶和禁帶電子能量只能處電子能量只能處 在允帶中的能級上，禁帶中無能級。在允帶中的能級上，禁帶中無能級。 且由本征激發(fā)提供載流子。且由本征激發(fā)提供載流子。 n實際半導(dǎo)體：實際半導(dǎo)體： n原子不是靜止的，而是在其平衡位置做熱運動原子不是靜止的，而是在其平衡位置做熱運動 n晶體中有雜

2、質(zhì)和缺陷。晶體中有雜質(zhì)和缺陷。 原子的熱運動、雜質(zhì)、缺陷等原子的熱運動、雜質(zhì)、缺陷等 使周期場破壞，使周期場破壞，在雜質(zhì)或缺陷周圍在雜質(zhì)或缺陷周圍 引起局部性的電子量子態(tài)引起局部性的電子量子態(tài)對應(yīng)對應(yīng) 的能級常常處在禁帶中的能級常常處在禁帶中。 雜質(zhì)和缺陷雜質(zhì)和缺陷 4.2 摻雜原子與能級摻雜原子與能級 n為什么要摻雜？為什么要摻雜？ n本征半導(dǎo)體的使用存在諸多限制，摻雜能明顯的改變本征半導(dǎo)體的使用存在諸多限制，摻雜能明顯的改變 本征半導(dǎo)體的電學(xué)特性，從而展現(xiàn)出半導(dǎo)體的真正能本征半導(dǎo)體的電學(xué)特性，從而展現(xiàn)出半導(dǎo)體的真正能 力力 n摻雜半導(dǎo)體稱為摻雜半導(dǎo)體稱為非本征半導(dǎo)體非本征半導(dǎo)體，它是我們能

3、夠制造各，它是我們能夠制造各 種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ) n摻雜原子與能級的核心問題摻雜原子與能級的核心問題 n摻雜原子的種類與作用摻雜原子的種類與作用 n雜質(zhì)原子上電子的能級與電離能雜質(zhì)原子上電子的能級與電離能 摻雜原子摻雜原子 雜質(zhì)雜質(zhì) n 硅金剛石結(jié)構(gòu)填充率硅金剛石結(jié)構(gòu)填充率： 3 3 13 23 = 48 4 8 3 0.34 rara r a 在金剛石型晶體原子只占有晶胞體積的在金剛石型晶體原子只占有晶胞體積的34%，還有，還有66%是空隙是空隙 n間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子位于晶格原子的間隙位置；間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子位于晶格原子的間隙位置； n替位式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子取代晶格原子；

4、替位式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子取代晶格原子； 雜質(zhì)原子雜質(zhì)原子 n替位式雜質(zhì)：替位式雜質(zhì)： n雜質(zhì)原子的大小與雜質(zhì)原子的大小與 被取代的晶格原子被取代的晶格原子 的大小比較相近的大小比較相近 n價電子殼層結(jié)構(gòu)比價電子殼層結(jié)構(gòu)比 較相近較相近 Si：r=0.117nm Li：r=0.068nm 間隙式雜質(zhì)間隙式雜質(zhì) P：r=0.11nm 替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì) 替位式雜質(zhì)替位式雜質(zhì) 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)(donor impurity) 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)(acceptor impurity) n間隙式雜質(zhì)：間隙式雜質(zhì)： n原子一般比較小原子一般比較小 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) 施主能級施主能級 n磷原子有磷原子有5個價電

5、子，硅有個價電子，硅有4個價電子。結(jié)果一個個價電子。結(jié)果一個 磷原子占據(jù)一個硅原子后，形成一個正電中心磷原子占據(jù)一個硅原子后，形成一個正電中心P+ 和一個多余的價電子。和一個多余的價電子。 以硅中摻五族磷原子來討論施主雜質(zhì)以硅中摻五族磷原子來討論施主雜質(zhì) 多余價電子受正電中心的束縛很多余價電子受正電中心的束縛很 弱，容易擺脫束縛成為導(dǎo)電電子，而弱，容易擺脫束縛成為導(dǎo)電電子，而 P原子成為不可移動的帶正電荷的原子成為不可移動的帶正電荷的P 離子離子 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) 施主能級施主能級 n施主雜質(zhì)或施主雜質(zhì)或N型雜質(zhì)型雜質(zhì)： 磷原子這種能夠施放電子磷原子這種能夠施放電子 而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中

6、心的雜質(zhì)而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心的雜質(zhì) n施主雜質(zhì)電離施主雜質(zhì)電離：電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo)：電子脫離雜質(zhì)原子的束縛成為導(dǎo) 電電子的過程電電子的過程 n施主雜質(zhì)電離能施主雜質(zhì)電離能：使多余的價電子掙脫束縛成為：使多余的價電子掙脫束縛成為 導(dǎo)電電子所需要的能量導(dǎo)電電子所需要的能量 nN型半導(dǎo)體或電子型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體或電子型半導(dǎo)體：摻入施主雜質(zhì)，雜：摻入施主雜質(zhì)，雜 質(zhì)電離后，增加導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子而并不產(chǎn)生價帶質(zhì)電離后，增加導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子而并不產(chǎn)生價帶 空穴的半導(dǎo)體空穴的半導(dǎo)體 施主能級施主能級 n施主能級施主能級ED： n當(dāng)雜質(zhì)的束縛電子得到能當(dāng)雜質(zhì)的束縛電子得到能 量后，就從施主的束縛態(tài)

7、量后，就從施主的束縛態(tài) 躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子，躍遷到導(dǎo)帶成為導(dǎo)電電子， 所以電子被施主雜質(zhì)束縛所以電子被施主雜質(zhì)束縛 時的能量比導(dǎo)帶底時的能量比導(dǎo)帶底 低低 。將被施主雜質(zhì)束將被施主雜質(zhì)束 縛的電子的能量狀態(tài)稱為縛的電子的能量狀態(tài)稱為 施主能級，施主能級，記為記為 C E n因因 較小，施主能級較小，施主能級ED 位于位于離導(dǎo)帶底很近的離導(dǎo)帶底很近的 禁帶中禁帶中, ,是由多個是由多個具有具有 相同能量的分立能級組相同能量的分立能級組 成成 D E d E d E d E 分立施主能級的能帶圖分立施主能級的能帶圖 施主能級電離后的能帶圖施主能級電離后的能帶圖 分立施主能級的能帶圖分立施主能級

8、的能帶圖 施主能級電離后的能帶圖施主能級電離后的能帶圖 分立施主能級的能帶圖分立施主能級的能帶圖 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì) 受主能級受主能級 nB B原子占據(jù)硅原子的位置。原子占據(jù)硅原子的位置。 磷原子有三個價電子。與磷原子有三個價電子。與 周圍的四個硅原于形成共周圍的四個硅原于形成共 價鍵時還缺一個電子，就價鍵時還缺一個電子，就 從別處奪取價電子，這就從別處奪取價電子，這就 在在sisi中形成了一個空穴。中形成了一個空穴。 n這時這時B B原子就成為多了一個原子就成為多了一個 價電子的磷離子價電子的磷離子B B ，它是 ，它是 一個不能移動的負一個不能移動的負電中心電中心。 n空穴束縛在負電中心空穴

9、束縛在負電中心B B 的 的 周圍?？昭ㄖ灰苌倌芰恐車??？昭ㄖ灰苌倌芰?就可掙脫束縛，成為就可掙脫束縛，成為導(dǎo)電導(dǎo)電 空穴空穴在晶格中自由運動在晶格中自由運動 以硅中摻三族硼以硅中摻三族硼(B)來討論受主雜質(zhì)：來討論受主雜質(zhì)： 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì) 受主能級受主能級 n受主雜質(zhì)或受主雜質(zhì)或P型雜質(zhì)型雜質(zhì)： 能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電 空穴，并形成負電中心的雜質(zhì)空穴，并形成負電中心的雜質(zhì) n受主電離受主電離：空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛的過程：空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛的過程 n受主雜質(zhì)電離能受主雜質(zhì)電離能Ea：使空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛：使空穴擺脫受主雜質(zhì)束縛 成為導(dǎo)電空穴所需要的能量成為導(dǎo)電

10、空穴所需要的能量 nP型半導(dǎo)體或空穴型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體或空穴型半導(dǎo)體：摻入受主雜質(zhì)，雜：摻入受主雜質(zhì)，雜 質(zhì)電離后，增加價帶中導(dǎo)電空穴而并不產(chǎn)生導(dǎo)帶質(zhì)電離后，增加價帶中導(dǎo)電空穴而并不產(chǎn)生導(dǎo)帶 電子的半導(dǎo)體電子的半導(dǎo)體 受主能級受主能級 n當(dāng)空穴得到能量后，當(dāng)空穴得到能量后， 就從受主的束縛態(tài)躍就從受主的束縛態(tài)躍 遷到價帶成為導(dǎo)電空遷到價帶成為導(dǎo)電空 穴，所以電子被受主穴，所以電子被受主 雜質(zhì)束縛時的能量比雜質(zhì)束縛時的能量比 價帶頂價帶頂 高高 。將將 被受主雜質(zhì)束縛的空被受主雜質(zhì)束縛的空 穴的能量狀態(tài)稱為受穴的能量狀態(tài)稱為受 主能級主能級，記為，記為 ， n受主能級位于離價帶受主能級位于離價帶

11、頂很近的禁帶中。同頂很近的禁帶中。同 樣也是一組分立的能樣也是一組分立的能 級級 a E a E V E A E 受主能級電離后的能帶圖受主能級電離后的能帶圖 分立受主能級的能帶圖分立受主能級的能帶圖 淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算 n所謂所謂淺能級淺能級，是指施主能級靠近導(dǎo)帶底，受主能級靠近價，是指施主能級靠近導(dǎo)帶底，受主能級靠近價 帶頂。帶頂。 n只有電離能較小的雜質(zhì)稱為只有電離能較小的雜質(zhì)稱為淺能級雜質(zhì)淺能級雜質(zhì) 淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算類氫模型類氫模型 n實驗證明五價元素磷（實驗證明五價元素磷（P）、銻（）、銻（Sb）在硅、鍺中是淺施）

12、在硅、鍺中是淺施 主雜質(zhì)，三價元素硼（主雜質(zhì)，三價元素硼（B）、鋁（）、鋁（Al）、鎵（）、鎵（Ga）、銦）、銦 （In）在硅、鍺中為淺受主雜質(zhì)。）在硅、鍺中為淺受主雜質(zhì)。 n室溫下，摻雜濃度不很高的情況下，淺能級雜質(zhì)幾乎可以室溫下，摻雜濃度不很高的情況下，淺能級雜質(zhì)幾乎可以 全部電離。全部電離。 4 淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算 n類氫模型類氫模型：以參入硅中的磷原子為例，磷原子比周圍的以參入硅中的磷原子為例，磷原子比周圍的 硅原子多一個電子電荷的正電中心和一個束縛著的價電子，硅原子多一個電子電荷的正電中心和一個束縛著的價電子， 相當(dāng)于在硅晶體上附加了一個相當(dāng)于在硅晶

13、體上附加了一個“氫原子氫原子”，所以可以用氫，所以可以用氫 原子模型估計原子模型估計 的數(shù)值。的數(shù)值。 D E 4 0 222 0 8 n me E h n 4 0 01 22 0 13.6 8 m e EEEeV h * 0 nr mm 基于量子理論氫原子電子的能量基于量子理論氫原子電子的能量 氫原子基態(tài)電子的電離能氫原子基態(tài)電子的電離能 對晶體中電子要進行修正：對晶體中電子要進行修正： n=1 n= n基態(tài)電子軌道半徑基態(tài)電子軌道半徑r n=1 n= 2 0 0 2 0 0.53 h aA me 對氫原子的基態(tài)軌道半徑：對氫原子的基態(tài)軌道半徑： 施主雜質(zhì)電離能：施主雜質(zhì)電離能： 受主雜質(zhì)電

14、離能：受主雜質(zhì)電離能： *4* 0 2222 00 8 nn a rr m em E E hm *4* 0 2222 00 8 pp a rr m em E E hm 2 00 10 2 r r nn hm ra mem 對雜質(zhì)的基態(tài)軌道半徑：對雜質(zhì)的基態(tài)軌道半徑： a0 淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算淺能級雜質(zhì)電離能的簡單計算 n與實驗測量值具有相同數(shù)量級與實驗測量值具有相同數(shù)量級 0.025(),0.0064() d EeV SieV Ge 硅中硅中P P的束縛電子的運動軌道半徑的束縛電子的運動軌道半徑a a約約23.923.9A 雜質(zhì)的補償作用雜質(zhì)的補償作用 n常用符號：常用符號：ND代表施

15、主雜質(zhì)濃度；代表施主雜質(zhì)濃度；NA代表受主雜代表受主雜 質(zhì)濃度；質(zhì)濃度；n代表導(dǎo)帶中電子濃度；代表導(dǎo)帶中電子濃度；p代表價帶中空代表價帶中空 穴濃度穴濃度 n濃度：單位體積的粒子數(shù)。如：濃度：單位體積的粒子數(shù)。如： 個個/cm3 Donor:施主施主Acceptor 受主受主 （a a） 施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到受主能級，剩施主雜質(zhì)的電子首先躍遷到受主能級，剩 余的才向?qū)кS遷；雜質(zhì)完全電離時余的才向?qū)кS遷；雜質(zhì)完全電離時 半導(dǎo)體仍為為半導(dǎo)體仍為為n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 雜質(zhì)的補償作用雜質(zhì)的補償作用 n雜質(zhì)補嘗雜質(zhì)補嘗：半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，它們半導(dǎo)體中存在施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)時，

16、它們 之間有相互抵消的作用，這種作用稱為雜質(zhì)補償。之間有相互抵消的作用，這種作用稱為雜質(zhì)補償。 （b） 受主雜質(zhì)上的空位首先接受來自施主雜質(zhì)受主雜質(zhì)上的空位首先接受來自施主雜質(zhì) 的電子，剩余的向價帶釋放空穴；雜質(zhì)完全電離的電子，剩余的向價帶釋放空穴；雜質(zhì)完全電離 Ec Ev Ed (a) ad NN Ec Ev Ea (b) da NN ada pNNN dad nNNN 半導(dǎo)體仍為半導(dǎo)體仍為p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 雜質(zhì)的補償作用雜質(zhì)的補償作用 n雜質(zhì)完全或高度補償雜質(zhì)完全或高度補償：當(dāng)：當(dāng) 時，由于施主時，由于施主 電子剛好填充受主能級，幾乎不向?qū)Ш蛢r帶提電子剛好填充受主能級，幾乎不向?qū)Ш蛢r

17、帶提 供電子和空穴。這種情況稱為雜質(zhì)的完全補償或供電子和空穴。這種情況稱為雜質(zhì)的完全補償或 高度補償。高度補償。 da NN n完全補償?shù)陌雽?dǎo)體材料的載流子濃度非常接近本完全補償?shù)陌雽?dǎo)體材料的載流子濃度非常接近本 征半導(dǎo)體。但是實際晶格中包含有大量的電離了征半導(dǎo)體。但是實際晶格中包含有大量的電離了 的雜質(zhì)離子，一般不能用來制造器件。的雜質(zhì)離子，一般不能用來制造器件。 利用雜質(zhì)補嘗常用來改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，是制作利用雜質(zhì)補嘗常用來改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，是制作 各種器件的基礎(chǔ)工藝各種器件的基礎(chǔ)工藝 深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì) n如果雜質(zhì)產(chǎn)生的施主能級距離導(dǎo)帶底較遠，受主如果雜質(zhì)產(chǎn)生的施主能級距離導(dǎo)帶底

18、較遠，受主 能級距離價帶頂較遠，這種能級稱為能級距離價帶頂較遠，這種能級稱為深能級深能級，相，相 應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì)應(yīng)的雜質(zhì)稱為深能級雜質(zhì) n不容易電離，對載流子濃度影響不大不容易電離，對載流子濃度影響不大 n能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低能起到復(fù)合中心作用，使少數(shù)載流子壽命降低 n深能級雜質(zhì)電離后成為帶電中心，對載流子起散射作深能級雜質(zhì)電離后成為帶電中心，對載流子起散射作 用，使載流子遷移率減少，導(dǎo)電性能下降。用，使載流子遷移率減少，導(dǎo)電性能下降。 n一般會產(chǎn)生多重能級，甚至既產(chǎn)生施主能級也產(chǎn)生受一般會產(chǎn)生多重能級，甚至既產(chǎn)生施主能級也產(chǎn)生受 主能級主能級 深能級雜質(zhì)深能級雜質(zhì)

19、 Ec Ev EA3 0.04 EA2 0.20 EA10.15 E ED D 0.040.04 n在鍺中的中性金原子在鍺中的中性金原子 ，有可能分別接受一，有可能分別接受一， 二，三個電子而成為二，三個電子而成為 ，起受，起受 主作用，引入主作用，引入E EA1 A1、 、E EA2 A2、 、E EA3 A3 等三個受主能級。 等三個受主能級。 ,AuAuAu 0 Au n 中性金原子也可能給出它的最外層電子而成為中性金原子也可能給出它的最外層電子而成為 AuAu+ +， 起施主作用，引入一個施主能級起施主作用，引入一個施主能級E ED D。 金原子最外層有一個價電子，比鍺少三個價電子。金

20、原子最外層有一個價電子，比鍺少三個價電子。 族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì) n化合物半導(dǎo)體包括兩種元素，雜質(zhì)摻雜特性較硅，鍺材料化合物半導(dǎo)體包括兩種元素，雜質(zhì)摻雜特性較硅，鍺材料 復(fù)雜。復(fù)雜。 以砷化鎵為例以砷化鎵為例 A：替代鎵：替代鎵 B：替代砷：替代砷 C：填隙：填隙 族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì) n施主雜質(zhì)：施主雜質(zhì)： n六族元素如氧，硫等，常取代五族砷表現(xiàn)為施主雜質(zhì)六族元素如氧，硫等，常取代五族砷表現(xiàn)為施主雜質(zhì) 以砷化鎵為例以砷化鎵為例 n受主雜質(zhì)：受主雜質(zhì)： n二族元素如鈹二族元素如鈹be，鎂，鎂mg等，常取代三族鎵表現(xiàn)為受等，常取代三族鎵表現(xiàn)為受 主雜質(zhì)主雜質(zhì) 族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì) n等電子

21、雜質(zhì)（中性雜質(zhì)）：等電子雜質(zhì)（中性雜質(zhì)）： 三三 族元素（族元素（B、Al、In） 和五族元素（和五族元素（P、Sb）在）在 GaAs 中通常分別替代中通常分別替代 Ga 和和 As，由于雜質(zhì)在晶格位置上并不改變原有的價電，由于雜質(zhì)在晶格位置上并不改變原有的價電 子數(shù)，對子數(shù)，對 GaAs 的電學(xué)性質(zhì)沒有明顯影響。在禁帶中的電學(xué)性質(zhì)沒有明顯影響。在禁帶中 不引入能級。不引入能級。 n雙性雜質(zhì)：雙性雜質(zhì)： n四族元素如硅，鍺，碳，可取四族元素如硅，鍺，碳，可取 代鎵原子起著施主雜質(zhì)的作用，代鎵原子起著施主雜質(zhì)的作用， 也可取代也可取代V V族砷原子而起著受族砷原子而起著受 主雜質(zhì)的作用。主雜質(zhì)的

22、作用。 n一般情況下，一般情況下，實驗結(jié)果表明，實驗結(jié)果表明， 在砷化鎵材料中，鍺原子往往在砷化鎵材料中，鍺原子往往 傾向于表現(xiàn)為受主雜質(zhì)，而硅傾向于表現(xiàn)為受主雜質(zhì)，而硅 原子則傾向于表現(xiàn)為施主雜質(zhì)。原子則傾向于表現(xiàn)為施主雜質(zhì)。 非本征半導(dǎo)體：摻入定量的特定的雜質(zhì)原子（施主非本征半導(dǎo)體：摻入定量的特定的雜質(zhì)原子（施主 或受主），從而熱平衡電子和空穴濃度不同于本或受主），從而熱平衡電子和空穴濃度不同于本 征載流子濃度的半導(dǎo)體材料。征載流子濃度的半導(dǎo)體材料。 n摻入施主雜質(zhì)，雜質(zhì)電離形成導(dǎo)帶電子和正電中心摻入施主雜質(zhì)，雜質(zhì)電離形成導(dǎo)帶電子和正電中心 （施主離子），而不產(chǎn)生空穴（實際上空穴減少），（

23、施主離子），而不產(chǎn)生空穴（實際上空穴減少）， 因而因而電子濃度會超過空穴，這時半導(dǎo)體就是電子濃度會超過空穴，這時半導(dǎo)體就是n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體； 在在n型半導(dǎo)體中，型半導(dǎo)體中，電子稱為多數(shù)載流子，相應(yīng)空穴成為電子稱為多數(shù)載流子，相應(yīng)空穴成為 少數(shù)載流子少數(shù)載流子。 n相反，摻入受主雜質(zhì)，形成價帶空穴和負電中心（受相反，摻入受主雜質(zhì)，形成價帶空穴和負電中心（受 主離子），主離子），空穴濃度超過電子，這時半導(dǎo)體就是空穴濃度超過電子，這時半導(dǎo)體就是p型半型半 導(dǎo)體，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子導(dǎo)體，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。 4.3 非本征半導(dǎo)體非本征半導(dǎo)體 n摻入施主雜質(zhì)，費米能摻入

24、施主雜質(zhì)，費米能 級向上（導(dǎo)帶）移動，級向上（導(dǎo)帶）移動， 導(dǎo)帶電子濃度增加，空導(dǎo)帶電子濃度增加，空 穴濃度減少穴濃度減少 n過程：施主電子熱激發(fā)過程：施主電子熱激發(fā) 躍遷到導(dǎo)帶增加導(dǎo)帶電躍遷到導(dǎo)帶增加導(dǎo)帶電 子濃度；施主電子躍遷子濃度；施主電子躍遷 到價帶與空穴復(fù)合，減到價帶與空穴復(fù)合，減 少空穴濃度；施主原子少空穴濃度；施主原子 改變了費米能級位置，改變了費米能級位置， 導(dǎo)致載流子重新分布導(dǎo)致載流子重新分布 n摻入受主雜質(zhì)，費米能摻入受主雜質(zhì)，費米能 級向下（價帶）移動，級向下（價帶）移動， 導(dǎo)帶電子濃度減少，空導(dǎo)帶電子濃度減少，空 穴濃度增加穴濃度增加 n過程：價帶電子熱激發(fā)過程：價帶電

25、子熱激發(fā) 到受主能級產(chǎn)生空穴，到受主能級產(chǎn)生空穴， 增加空穴濃度；導(dǎo)帶電增加空穴濃度；導(dǎo)帶電 子躍遷到受主能級減少子躍遷到受主能級減少 導(dǎo)帶電子濃度；受主原導(dǎo)帶電子濃度；受主原 子改變費米能級位置，子改變費米能級位置， 導(dǎo)致重新分布導(dǎo)致重新分布 Ev Ec Ed 非本征半導(dǎo)體載流子濃度非本征半導(dǎo)體載流子濃度 n非簡并半導(dǎo)體熱平衡載流子濃度非簡并半導(dǎo)體熱平衡載流子濃度 exp cFi ic EE nN kT 0 )( expexpexp cFiFFicFiFFi cc EEEEEEEE nNN kTkTkT 0 exp FFi i EE pn kT 同樣同樣: 0 exp FFi i EE nn

26、 kT 又又 則則 EFEFi電子濃度超電子濃度超 過本征載流子濃度；過本征載流子濃度； EFEFi空穴濃度超空穴濃度超 過本征載流子濃度過本征載流子濃度 0 exp cF c EE nN kT n0和和p0乘積乘積 2 00 00 exp()exp() g cv cvcvi E EE n pN NN Nn k Tk T n非簡并半導(dǎo)體載流子濃度積的公式：非簡并半導(dǎo)體載流子濃度積的公式： 2 00i n pn n只要滿足玻爾茲曼近似條件，只要滿足玻爾茲曼近似條件，只要處于熱平衡狀態(tài)，對于本征只要處于熱平衡狀態(tài)，對于本征 半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體都普遍適用。半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體都普遍適用。 分析公式可得濃度積的重要意義：分析公式可得濃度積的重要意義： nn0 、p0之積與之積與EF無關(guān)，這表明濃度積無關(guān)，這表明濃度積與雜質(zhì)濃度無關(guān)，而由半導(dǎo)體與雜質(zhì)濃度無關(guān)，而由半導(dǎo)體 的材料特性和溫度決定。的材料特性和溫度決定。 2 00 00 exp()exp() g cv cvcvi E EE n pN NN Nn k Tk T 2 00i n pn n當(dāng)溫度一定時，對某種半導(dǎo)體，該當(dāng)溫度一定時，對某種半