半導(dǎo)體雜質(zhì)載流子濃度

1、雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度主講人1 但是電子占據(jù)雜質(zhì)能級的概率能否用下面的公式來決定呢？2物理與光電工程學(xué)院 在實(shí)際的半導(dǎo)體材料中，總含有一定量的雜質(zhì)。當(dāng)雜質(zhì)只是部分電離時(shí)，在一些雜質(zhì)能級上就會(huì)有電子占據(jù)。例如未電離的施主雜質(zhì)和已電離的受主雜質(zhì)的雜質(zhì)能級上都被電子所占據(jù)。1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴(1-1)23物理與光電工程學(xué)院 雜質(zhì)能級與能帶中的能級是有區(qū)別的，在能帶中的能級可以容納自旋方向相反的兩個(gè)電子；而施主雜質(zhì)能級最多只能有一個(gè)任意自旋方向的電子占據(jù)，施主能級不允許同時(shí)被自旋方向相反的兩個(gè)電子所占據(jù)，所以不能用公式(1-

2、1)來表示電子占據(jù)雜質(zhì)能級的概率。1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴34物理與光電工程學(xué)院電子占據(jù)能量為ED的施主雜質(zhì)能級的概率是：1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴1雜質(zhì)能級上的電子和空穴空穴占據(jù)能量為EA的受主雜質(zhì)能級的概率是：硅、鍺和砷化鎵，gD=2, gA=4 (為能級的簡并因子）(1-2a)(1-2b)45物理與光電工程學(xué)院 設(shè)施主雜質(zhì)濃度為ND和受主雜質(zhì)濃度為NA，他們就是雜質(zhì)的量子態(tài)密度，而電子和空穴占據(jù)雜質(zhì)能級的概率我們已知道，所以可以寫出如下公式：(1) 施主能級上的電子濃度n

3、D（沒有電離的施主濃度）為：(1-3a)1雜質(zhì)能級上的電子和空穴56物理與光電工程學(xué)院(2)已電離的施主濃度（正電中心濃度）nD+為：(3)受主能級上的空穴濃度pA（沒有電離的受主濃度）為:(4)已電離了的受主濃度（負(fù)電中心濃度）pA-為：(1-3b)(1-3c)(1-3d)1雜質(zhì)能級上的電子和空穴67物理與光電工程學(xué)院 雜質(zhì)能級與費(fèi)米能級的相對位置反映了電子和空穴占據(jù)雜質(zhì)能級的情況。1) 當(dāng)2) 類似地,當(dāng)EF遠(yuǎn)在EA之上時(shí)，受主雜質(zhì)幾乎全部電離；EF遠(yuǎn)在EA 在之 下時(shí)，受主雜質(zhì)基本上沒有電離； EF與EA重合時(shí)， 取gA=4，受主雜質(zhì)的1/5電離，4/5沒有電離。 即EF遠(yuǎn)在ED之下時(shí)，

4、施主雜質(zhì)幾乎全部電離；反之,EF遠(yuǎn)ED在之上時(shí)，施主雜質(zhì)基本上沒有電離； EF與ED重合時(shí)，當(dāng)取gD=2, 施主雜質(zhì)有1/3電離2/3沒有電離。時(shí)有此時(shí),討論1雜質(zhì)能級上的電子和空穴78物理與光電工程學(xué)院帶電粒子導(dǎo)帶電子電離受主價(jià)帶空穴電離施主帶負(fù)電帶正電2 雜質(zhì)半導(dǎo)體的電中性條件89物理與光電工程學(xué)院熱平衡狀態(tài)下電中性條件（電荷密度為零）把和代入得：即：(2-1)(2-2)(2-3）2 雜質(zhì)半導(dǎo)體的電中性條件910物理與光電工程學(xué)院 上式中除EF外，其余各量都已知，因此在一定溫度下可求出費(fèi)米能級。這是求解費(fèi)米能級的普遍表達(dá)式，但精確的解析求解非常困難。2 雜質(zhì)半導(dǎo)體的電中性條件1011物理與光電工程學(xué)院 n型半導(dǎo)體是以導(dǎo)帶電子的導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體。三種摻雜情形只摻施主雜質(zhì)摻施主雜質(zhì)遠(yuǎn)大于摻受主雜質(zhì),受主雜質(zhì)可以忽略不計(jì)摻施主雜質(zhì)大于摻受主雜質(zhì)，雜質(zhì)補(bǔ)償后仍呈現(xiàn)為n型半導(dǎo)體。3 n型半導(dǎo)體的載流子濃度1112物理與光電工程學(xué)院對象：單摻雜的n型半導(dǎo)體，且 gD=2（NDNA)條件：非簡并電中性條件：3 n型半導(dǎo)體的載流子濃度(3-1）(3-2）