2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：半導(dǎo)體中載流子12

半導(dǎo)體中載流子半導(dǎo)體中載流子與溫度關(guān)系很大：溫升１５０度時，濃度增大４個數(shù)量級。半導(dǎo)體中載流子上式兩邊取自然對數(shù)并求解EFi有：禁帶中央本征費米能級精確位于禁帶中央；本征費米能級會稍高于禁帶中央；本征費米能級會稍低于禁帶中央；間隙式雜質(zhì)，替位式雜質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入半導(dǎo)體后可以存在于晶格原子之間的間隙位置上，稱為間隙式雜質(zhì)，間隙式雜質(zhì)原子一般較小。也可以取代晶格原子而位于格點上，稱為替（代）位式雜質(zhì)，替位式雜質(zhì)通常與被取代的晶格原子大小比較接近而且電子殼層結(jié)構(gòu)也相似。圖

替位式雜質(zhì)和間隙式雜質(zhì)

Ⅲ、Ⅴ族元素?fù)饺擘糇宓腟i或Ge中形成替位式雜質(zhì)，用單位體積中的雜質(zhì)原子數(shù)，也就是雜質(zhì)濃度來定量描述雜質(zhì)含量多少，雜質(zhì)濃度的單位為1/cm3

。非本征半導(dǎo)體：摻雜半導(dǎo)體摻入５價的磷原子施主雜質(zhì)以Si中摻入V族元素磷(P)為例：當(dāng)有五個價電子的磷原子取代Si原子而位于格點上時，磷原子五個價電子中的四個與周圍的四個Si原子組成四個共價鍵，還多出一個價電子，磷原子所在處也多余一個稱為正電中心磷離子的正電荷。多余的這個電子被正電中心磷離子所吸引只能在其周圍運動，不過這種吸引要遠(yuǎn)弱于共價鍵的束縛，只需很小的能量就可以使其掙脫束縛，形成能在整個晶體中“自由”運動的導(dǎo)電電子。而正電中心磷離子被晶格所束縛，不能運動。由于以磷為代表的Ⅴ族元素在Si中能夠施放導(dǎo)電電子，稱V族元素為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)，用Nd表示。電子脫離施主雜質(zhì)的束縛成為導(dǎo)電電子的過程稱為施主電離，所需要的能量ΔED稱為施主雜質(zhì)電離能。ΔED的大小與半導(dǎo)體材料和雜質(zhì)種類有關(guān)，但遠(yuǎn)小于Si和Ge的禁帶寬度。施主雜質(zhì)未電離時是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后稱為施主離化態(tài)。Si中摻入施主雜質(zhì)后，通過雜質(zhì)電離增加了導(dǎo)電電子數(shù)量從而增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。把主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體中電子稱為多數(shù)載流子，簡稱多子；而空穴稱為少數(shù)載流子，簡稱少子。摻入３價的硼原子受主雜質(zhì)以Si中摻入Ⅲ族元素硼(B)為例：硼只有三個價電子，為與周圍四個Si原子形成四個共價鍵，必須從附近的Si原子共價鍵中奪取一個電子，這樣硼原子就多出一個電子，形成負(fù)電中心硼離子，同時在Si的共價鍵中產(chǎn)生了一個空穴。這個被負(fù)電中心硼離子依靠靜電引力束縛的空穴還不是自由的，不能參加導(dǎo)電，但這種束縛作用同樣很弱，很小的能量ΔEA就使其成為可以“自由”運動的導(dǎo)電空穴。而負(fù)電中心硼離子被晶格所束縛，不能運動。由于以硼原子為代表的Ⅲ族元素在Si、Ge中能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴，稱Ⅲ族元素為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)，用Na表示?？昭⊕昝撌苤麟s質(zhì)束縛的過程稱為受主電離，而所需要的能量ΔEA稱為受主雜質(zhì)電離能。不同半導(dǎo)體和不同受主雜質(zhì)其ΔEA也不相同，但ΔEA通常遠(yuǎn)小于Si和Ge禁帶寬度。受主雜質(zhì)未電離時是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后成為負(fù)電中心，稱為受主離化態(tài)。Si中摻入受主雜質(zhì)后，受主電離增加了導(dǎo)電空穴，增強(qiáng)了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力，把主要依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱作p