2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性2024/5/162半導(dǎo)體的導(dǎo)電性引言一般來(lái)說(shuō)，輸運(yùn)現(xiàn)象所討論的對(duì)象是在電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及溫度場(chǎng)(或相應(yīng)的溫度梯度)作用下電荷和能量的輸運(yùn)問(wèn)題，它具有廣泛的實(shí)際意義。理論上，這是一個(gè)涉及內(nèi)容相當(dāng)廣泛的非平衡統(tǒng)計(jì)問(wèn)題．通過(guò)輸運(yùn)現(xiàn)象的研究可以了解載流子和晶格以及晶格缺陷相互作用的性質(zhì)。

但在這一章中，我們主要只限于討論弱電場(chǎng)和弱磁場(chǎng)下半導(dǎo)體中的電荷輸運(yùn)問(wèn)題：電導(dǎo)、霍爾效應(yīng)。只限于討論具有球形等能面的拋物性能帶、對(duì)載流子的運(yùn)動(dòng)可作準(zhǔn)經(jīng)典描述的簡(jiǎn)單情形，即可把載流子看作具有各向同性有效質(zhì)量的經(jīng)典粒子。2024/5/163引言4.1載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率4.2載流子的散射4.3遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系4.4電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系4.5玻爾茲曼方程電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論（自學(xué)）4.6強(qiáng)電場(chǎng)下的效應(yīng)熱載流子4.7多能谷散射耿氏效應(yīng)2024/5/164

載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率4.1.1電導(dǎo)的微觀理論電導(dǎo)的宏觀理論：歐姆定律2024/5/165

電導(dǎo)的微觀理論歐姆定律的微分形式電導(dǎo)率載流子濃度載流子運(yùn)動(dòng)速度2024/5/16重慶郵電大學(xué)微電子教學(xué)部64.1.2漂移運(yùn)動(dòng)半導(dǎo)體中在沒(méi)有外加作用的時(shí)，載流子作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)在外加電場(chǎng)作用下，則作定向運(yùn)動(dòng)設(shè)電子濃度為n，平均速度為v則電流為平均漂移速度2024/5/167運(yùn)動(dòng)電子加速度電子漂移速度遷移率(cm2/V·s,取正值)2024/5/168半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率在半導(dǎo)體中有兩種載流子：n，p強(qiáng)n型，n>>p強(qiáng)p型，p>>n本征半導(dǎo)體2024/5/169

半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率注意：

1）電子遷移率比空穴遷移率大。（電子是在導(dǎo)帶中，是脫離共價(jià)鍵可以在半導(dǎo)體中自由運(yùn)動(dòng)的電子；而空穴是在價(jià)帶中，空穴電流實(shí)際上是代表了共價(jià)鍵上的電子在價(jià)鍵間運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電流。在相同的電場(chǎng)作用下，電子平均漂移速度要大些）

2）在第一章中，電子移走所留下的空穴速度與電子速度相等，有效質(zhì)量相等，符號(hào)相反，其速度指電子/空穴的運(yùn)動(dòng)速度，此處指平均漂移速度。2024/5/1610

半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率3）在不同的晶體材料中遷移率可在很大范圍內(nèi)變化?？蓮?0到106cm2／V

s數(shù)量級(jí)(例如在低溫下零禁帶半導(dǎo)體Hg1-xCdxTe中)。

4）在常見(jiàn)半導(dǎo)體中：遷移率通常在102－104cm2/V·s范圍內(nèi)。2024/5/1611若沿x方向通以電流密度jx，沿垂直于電流的方向z方向施加磁場(chǎng)Bz，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)的y方向上將出現(xiàn)橫向電場(chǎng)。這個(gè)效應(yīng)稱為霍爾效應(yīng)。