高二物理競賽雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度課件

p型半導(dǎo)體的載流子濃度低溫弱電離區(qū)：強電離（飽和區(qū)）：過渡區(qū)：高溫本征激發(fā)區(qū)；（同前）1、雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度載流子濃度當雜質(zhì)電離遠大于本征激發(fā)時，對于室溫下的Si，此區(qū)間的摻雜濃度需滿足：少子濃度多子濃度T↑，n0>>ND，p0>>ND電中性條件：n0=p0雜質(zhì)濃度越高，達到本征激發(fā)起主要作用的溫度也越高。n型硅中電子濃度與溫度關(guān)系低溫弱電離，施主雜質(zhì)電離產(chǎn)生導(dǎo)帶電子T增加，費米能級從施主能級以上下降到以下ED－EF>k0T，飽和區(qū)T增加，本征激發(fā)作用加強，過渡區(qū)，EF下降電子由雜質(zhì)電離和本征激發(fā)共同作用T增加，本征激發(fā)作用為主，EF下降到禁帶中線載流子濃度急劇上升高溫本征激發(fā)區(qū)弱電離中等電離強電離本征激發(fā)與雜質(zhì)激發(fā)共存本征激發(fā)為主飽和區(qū)P型半導(dǎo)體多子濃度少子濃度ECEVEFEAEi區(qū)別何在?本征半導(dǎo)體由定義：本征載流子濃度：費米能級：基本在禁帶正中N型半導(dǎo)體多子濃度少子濃度ECEVEFEDEi討論：雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度和費米能級由溫度和雜質(zhì)濃度所決定。（與本征區(qū)別）對于雜質(zhì)濃度一定的半導(dǎo)體，隨著溫度的升高，載流子則是從以雜質(zhì)電離為主要來源過渡到以本征激發(fā)為主要來源的過程，EF從雜質(zhì)能級附近→禁帶中線處。溫度一定時，費米能級的位置由雜質(zhì)的種類和濃度決定，費米能級的位置反映導(dǎo)電類型和摻雜水平。不同摻雜情況下的費米能級電子填充水平最低，EF最低強p型弱p型本征弱n型強n型過渡區(qū)導(dǎo)帶電子來源于全部雜質(zhì)電離和部分本征激發(fā)

強電離（飽和）導(dǎo)帶電子濃度等于施主濃度高溫本征激發(fā)區(qū)

n0>>ND

p0>>ND

同上中間電離導(dǎo)帶電子從施主電離產(chǎn)生p0=0n0=弱電離導(dǎo)帶電子從施主電離產(chǎn)生費米能級載流子濃度電中性特征思考題：指出所示曲線不同的區(qū)域特征思考題：估算一下室溫時硅中某施主雜質(zhì)達到全部電離時

(90％)的雜質(zhì)濃度上限。思考題：雜質(zhì)基本上全部電離(90％)所需的溫度？思路：強電離區(qū)全部電離：代入EF未電離取10％雜質(zhì)電離能關(guān)于器件的工作溫度一般半導(dǎo)體中，載流子主要來源于雜質(zhì)電離，而將本征激發(fā)忽略不計。在本征載流子濃度沒有超過雜質(zhì)電離所提供的載流子濃度的溫度范圍，雜質(zhì)全部電離，載流子濃度是一定的，器件才能穩(wěn)定工作。每一種半導(dǎo)體材料制成的器件都有一定的極限工作溫度，超過這一溫度，本征激發(fā)占主要地位，器件就失效了。硅器件的極限工作溫度520K，鍺（370K，Eg?。珿aAs（720K，Eg比Si大），適宜于制造大功率器件。本征載流子濃度隨溫度迅速變化，器件性能不穩(wěn)定，所以制造半導(dǎo)體器件一般都用含有適當雜質(zhì)的半