2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：有雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體

有雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體

有雜質(zhì)補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體一、電中性條件同時(shí)含有一種施主雜質(zhì)和一種受主雜質(zhì)情況下的電中性條件為

同時(shí)含有施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，存在雜質(zhì)補(bǔ)償現(xiàn)象。此時(shí)即使在極低的溫度下，濃度小的雜質(zhì)也全部是電離的，這使得電中性條件中的nd或pa項(xiàng)為零。

⒈在Nd>Na的半導(dǎo)體中,全部受主都是電離的，電中性條件簡化為：

在雜質(zhì)電離的溫度范圍內(nèi),導(dǎo)帶電子全部來自電離的施主,在施主能級(jí)上和在導(dǎo)帶中總的電子濃度是Nd-Na,這種半導(dǎo)體稱為部分補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體。Nd-Na稱為有效的施主濃度.其與只含一種雜質(zhì)，施主濃度為Nd-Na的半導(dǎo)體類似。

在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下，半導(dǎo)體中電子和空穴的運(yùn)動(dòng)引起各種電荷輸運(yùn)現(xiàn)象，主要包括電導(dǎo)、霍爾效應(yīng)和磁阻。這些現(xiàn)象是研究半導(dǎo)體基本特性和內(nèi)部機(jī)構(gòu)的重要方面。通過電導(dǎo)和霍爾效應(yīng)的測(cè)量，可以確定半導(dǎo)體中載流子濃度、遷移率和雜質(zhì)電離能等基本參數(shù)。磁阻效應(yīng)則是研究半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和散射機(jī)理的一種重要方法。

⒉在Na>Nd的P型半導(dǎo)體中,全部施主都是電離的,電中性條件簡化為⒊在Na=Nd的半導(dǎo)體中，全部施主上的電子剛好使所有的受主電離，能帶中的載流子只能由本征激發(fā)產(chǎn)生，這種半導(dǎo)體被稱為完全補(bǔ)償?shù)陌雽?dǎo)體。二、N型半導(dǎo)體(Nd>Na)

⒈雜質(zhì)電離情況下：Nd>Na，則受主完全電離，pa=0

由于本征激發(fā)可以忽略，則電中性條件為則：電離施主濃度或改寫為在非簡并情況下，將(4.47)式帶入，有

式中Ec-Ed是施主電離能。此式就是雜質(zhì)電離區(qū)的電子濃度方程.

討論:⑴低溫區(qū)電離情況，假定Nd>>Na.

在Na<<n<<Nd的溫度范圍內(nèi)，上式簡化為：與一種施主雜質(zhì)時(shí)一致，這種條件下，施主主要是向?qū)峁╇娮?，少量受主的作用可以忽略?4.84)(4.85)

將其代入電子濃度公式中，得出費(fèi)米能級(jí)EF為在這種情況下，當(dāng)溫度趨向于0K時(shí)，EF與Ed重合．在極低的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，費(fèi)米能級(jí)線性地上升.

在更低的溫度下，電離施主提供的電子，除了填滿Na個(gè)受主以外，激發(fā)到導(dǎo)帶的電子只是極少數(shù)，即n<<Na，于是有這個(gè)結(jié)果與只含一種施主雜質(zhì)的形式類似，但還是考慮了受主雜質(zhì)Na的存在，指數(shù)因子上的能量為Ec-Ed，而非其一半，則在利用實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的lnn－1/T的函數(shù)關(guān)系確定施主電離能時(shí)，應(yīng)該注意區(qū)分是否有少量受主雜質(zhì)存在。

⒋原因:μ

～

μ(E)。在常溫強(qiáng)電場(chǎng)中,v很大,電離雜質(zhì)散射較弱,μ

=μ

L.，所以μ

～て～v(E)，即:同理可得霍爾角為:霍爾系數(shù)為:載流子的馳豫時(shí)間是速度或能量的函數(shù)，因此它們的漂移速度不完全相同。霍爾電場(chǎng)的作用＝磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)作用的條件：：磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)作用大，載流子向側(cè)向移動(dòng)；：霍爾電場(chǎng)的作用大，載流子向相反側(cè)向移動(dòng)結(jié)果：使沿電場(chǎng)方向的電流密度減小。由于磁場(chǎng)的作用，增加了電阻，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)半導(dǎo)體器件需要金屬電極，金屬電極的存在不應(yīng)該影響半導(dǎo)體體內(nèi)載流子的行為?！?.14 歐姆接觸作為良好的電極，金屬與半導(dǎo)體的接觸應(yīng)該：

電阻小，電阻與電流方向的變化無關(guān)。這種接觸稱為：歐姆接觸歐姆接觸I－V特性P－N結(jié)伏安特性使金半接觸成為歐姆接觸：

形成多子積累層：選擇合適的金屬，使：一、但是，滿足這種性質(zhì)的金屬和半導(dǎo)體的組合很少，而且這種金半接觸多少存在少子注入現(xiàn)象。，或圖8.7金屬與N型半導(dǎo)體接觸x0WMWMSWSeV0(b)(a)圖8.8金屬與P型半導(dǎo)體接觸x0WMWMSWSeV0使金半接觸成為歐姆接觸：

利用金屬與N＋－N或P＋－P結(jié)的接觸，這時(shí)重?fù)诫s半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度非常高，使金屬和N＋半導(dǎo)體之間形成很窄的耗盡層，則載流子可以通過隧道效應(yīng)無阻尼地穿過勢(shì)壘。（圖8.24(a)、8.25(a))。由于簡并半導(dǎo)體中少子濃度很小，向非簡并區(qū)的少子注入實(shí)際上可以忽略不計(jì)。二、在金屬和半導(dǎo)體之間形成具有載流子復(fù)合速度很高的復(fù)合中心，使半導(dǎo)體表面附近的多子和少子的濃度近似等于平衡態(tài)的濃度。因此，可以先把半導(dǎo)體表面變粗糙，再鍍上金屬形成歐姆接觸。三、金半接觸工藝：蒸發(fā)法、濺射法、電鍍法、合金法第八章

概念：電子功函數(shù)、電子親和能、接觸電勢(shì)差、表面勢(shì)接觸：金半接觸、P－N結(jié)、異質(zhì)結(jié)接觸后：載流子的流動(dòng)、接觸表面層載流子的重新分布，空間電荷