4.1.载流子的漂移（drift）运动半导体中的载流子在外场的作用下，作定向运动-漂移运动。第第4 4章章 半导体的导电性半导体的导电性 (Electrical(ElectricalConductivity)Conductivity)1、 drift (漂移)相应的运动速度-漂移速度 。漂移运动引起的电流-漂移电流。迁移率的大小反映了载流子迁移的难易程度。可以证明：2 Mobility2 Mobility（迁移率）（迁移率）-迁移率单位电场下， 载流子的平均 漂移速度3 3 影响迁移率的因素影响迁移率的因素半导体的主要散射（scatting）机构：* Phonon （lattice）scattering 声子（晶格）散射* Ionized impurity scattering 电离杂质散射* scattering by neutral impurity and defects 中性杂质和缺陷散射* Carrier-carrier scattering 载流子之间的散射* Piezoelectric scattering 压电散射* Intervalley scattering 能谷间的散射能带边缘非周期性起伏（1）晶格振动散射纵波和横波声学波声子散射几率：光学波声子散射几率：（2）电离杂质散射电离杂质散射几率：总的散射几率：P=PS+PO+PI+ -总的迁移率：主要散 射机制电离杂质的散射：晶格振动的散射：温度对散射的影响迁移率4.2 4.2 迁移率与杂质浓度和温度的关系迁移率与杂质浓度和温度的关系1. 迁移率杂质浓度杂质浓度电离杂质散射2. 2. 迁移率与温度的关系迁移率与温度的关系掺杂很轻：忽略电离杂质散射高温： 晶格振动散射为主T晶格振动散射一般情况：低温： 电离杂质散射为主T电离杂质散射T晶格振动散射4.3 4.3 载流子的迁移率与电导率的关系载流子的迁移率与电导率的关系 (MobilityConductivity)(MobilityConductivity)-殴姆定律的微分形式1. 殴姆定律的微分形式2. 电流密度另一表现形式3.电导率与迁移率的关系Ez电导迁移率 电导有效质量 4.多能谷下的电导4.4 4.4 电阻率与掺杂、温度的关系电阻率与掺杂、温度的关系1. 电阻率与杂质浓度的关系轻掺杂：常数；n=ND p=NA 电阻率与杂质浓度 成简单反比关系。非轻掺杂：杂质浓度 n、p：未全电离;杂质浓度 n（p） 杂质浓度增高时，曲线严重偏离直线。原因2. 2. 电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系： T 电离杂质散射 *低温 n（未全电离）：T n ： T 晶格振动散射 *中温 n（全电离）： n=ND 饱和： T 晶格振动散射 *高温 n（本征激发开始）：T n 例题例题例. 室温下,本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。 (2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下 电子浓度和空穴浓度。（3）计算该半导体材料的电阻率。设杂 质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而 变化.解:4.5 Hight-Field Effects (4.5 Hight-Field Effects (强电场效应强电场效应) )1 欧姆定律的偏离解释：* 载流子与晶格振动散射交换能量过程* 平均自由时间与载流子运动速度有关加弱电场时，载流子从电场获得能量，使载流子发射的声 子数略多于吸收的声子数。载流子的平均能量与晶格相同,仍可 认为载流子系统与晶格系统保持热平衡状态。加强电场时，载流子从电场获得很多能量，使载流子的平 均能量比热平衡状态时的大，因而载流子系统与晶格系统不再 处于热平衡状态。一、 载流子与晶格振动散射交换能量过程与光学波声子散射载流子从电场获得的能量大部分又消失,故平均漂 移速度可以达到饱和。极强电场时：二、 平均自由时间与载流子运动速度有关无电场时：平均自由时间与电场无关低电场时：平均自由时间与电场基本 无关强电场时：平均自由时间由两者共同 决定。半定量分析 ： 稳态条件对于声学波声子散射其中：代入（1 ）式得：即：电子与声子碰 撞后失去能量对于光学波声子散射代入（1）式：4.3 Intervalley Carrier Transfer（能谷间的载流子转移）1 Intervalley Scattering ( 能谷间散射）物理机制：从能带结构分析n1n2*Central valley*Satellite valley中心谷：卫星谷：谷2（卫星谷）：E-k曲线曲率小1 电场很低2 电场增强3 电场很强2 Negetive differential conductance(负微分电导)在某一个电场强度 区域，电流密度随电场 强度的增大而减小。负的微分电导（negetive differential conductance）。NDC阈电场（threshold field）对于GaAs：实验现象：3 Gunn effect (3 Gunn effect (耿氏效应耿氏效应) )