高二物理競賽課件雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度

雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度

2024/4/272雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度結(jié)論：①雜質(zhì)半導(dǎo)體中，自由電子和空穴濃度的乘積等于同溫

度下本征半導(dǎo)體中自由電子或空穴的濃度平方。②雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度近似等于摻雜濃度，少子濃度隨溫度升高而迅速增大。nnpn=ni2=pi2nppp=ni2=pi2nn=ND+pnpp=NA+npN型半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體：式中：nn表示N型半導(dǎo)體中自由電子濃度，pn表示N型半導(dǎo)體中

空穴濃度，np表示P型半導(dǎo)體中自由電子濃度，pp表示P

型半導(dǎo)體中空穴濃度，ni、pi分別表示本征半導(dǎo)體中自由

電子和空穴濃度，ND表示施主雜質(zhì)濃度，NA表示受主雜

質(zhì)濃度記憶2024/4/273N型半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入高價(jià)元素（施主雜質(zhì)）使

自由電子濃度大大高于空穴濃度的半導(dǎo)體。2024/4/274圖1.1.3摻雜五價(jià)元素原子的

N型半導(dǎo)體示意圖+4+4+5+4多余電子磷原子

摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。2024/4/275P型半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入低價(jià)元素（受主雜質(zhì)）使

空穴濃度大大高于自由電子濃度的半導(dǎo)體。2024/4/276+4+4+3+4硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。空穴2024/4/277雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法:－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體

雜質(zhì)型半導(dǎo)體中多子和少子的定向移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。2024/4/2781.1.3載流子在半導(dǎo)體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)載流子在電場作用下的漂移運(yùn)動(dòng)概念：在外加電場作用下，自由電子和空穴產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)Jpt=μpqpEJnt=-(-q)nμnE=μnqnEJt=Jpt+Jnt=(pμp+nμn)qE式中：Jpt表示空穴漂移電流密度

Jnt表示電子漂移電流密度；

Jt表示漂移電流密度；

μn表示自由電子遷移率；

μp表示空穴遷移率。2024/4/279載流子在濃度梯度作用下的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)概念：在濃度差的作用下，自由電子和空穴產(chǎn)生的定向運(yùn)動(dòng)式中：JnD

表示電子電流密度；

JpD

表示空穴電流密度；

Dn

表示自由電子擴(kuò)散率；

Dp

表示空穴擴(kuò)散率。圖1.1.5光照產(chǎn)生的載流子濃度分布2024/4/27101.2PN結(jié)與晶體二極管在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的運(yùn)動(dòng)，在它們的交界面處就形成了PN

結(jié)。1.2.1PN結(jié)的動(dòng)態(tài)平衡過程和接觸電位差（書中P5！）

⑴

P型區(qū)到N型區(qū)的過渡帶兩邊的自由電子和空穴濃度相差很大，在濃度差下形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴（多子）向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的自由電子（多子）向P區(qū)擴(kuò)散⑵在過渡區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的復(fù)合作用使自由電子和空穴基本消失，在過渡帶中產(chǎn)生一個(gè)空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)）⑶擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使過渡帶內(nèi)失去了電中性，產(chǎn)生電位差和電場，分別稱為接觸電位差和內(nèi)建電場⑷內(nèi)建電場由N區(qū)指向P區(qū)阻礙多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，卻促進(jìn)過渡帶中少子的漂移運(yùn)動(dòng)2024/4/2711⑸漂移運(yùn)動(dòng)中和過渡區(qū)中的電荷從而削弱內(nèi)建電場，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，最后達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，即內(nèi)建電場的強(qiáng)度恰好使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的速度相等，這種平衡稱為動(dòng)態(tài)平衡PN結(jié)的接觸電位差：T=300K時(shí)，VT≈26mV，為熱力學(xué)電壓；鍺的Vφ，硅的Vφ⑹這時(shí)過渡帶中的接觸電位差，內(nèi)建電場強(qiáng)度，空間電荷區(qū)寬度均處于穩(wěn)定值，這時(shí)我們認(rèn)為PN結(jié)已經(jīng)形成，并把P、N的過渡帶稱為PN結(jié)，PN結(jié)的寬度為空間電荷區(qū)的寬度。2024/4/2712P型半導(dǎo)體區(qū)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體區(qū)++++++