微观粒子的运动.ppt
South China Normal University微观粒子的运动 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望South China Normal UniversityI=V/R （4-1）R=L/S；（4-2）:电阻率,m；cm L：导体的长度；S：截面积 =1/（4-3）：电导率，-1cm-1 在一定的V，L，S下，不同的导体的导电性能是由电阻率或电导率决定的。1、欧姆定律、欧姆定律South China Normal UniversityR=L/S 代入 I=V/R 得：I=VS/L=VS/L=SE 电流密度：J=I/S欧姆定律微分形式：电流密度：J=|E|（4-7）|E|=V/L E：V/cm;J：A/cm2 在一定的电场强度下，J由电导率决定。1、欧姆定律、欧姆定律South China Normal University 2、微观粒子的运动、微观粒子的运动 微观粒子的平均热运动动能=3/2kT k：波尔兹曼常数，1.38010-23 J/K;8.6210-5eV/K 1/2mV2=3/2kT；自由电子300 K温度下：V1.2107cm/s=1.2105m/s South China Normal University J：单位时间通过垂直于电流 方向的单位面积的电子电量 电流密度：J=-nqVd （4-9）Vd：平均漂移速度 由：J=|E|Vd=|E|（4-10）J=nq|E|微观情况下，电导率：=nq迁移率：，单位电场强度下电子的平均定向运动速度，cm2/Vs 3、漂移速度和迁移率、漂移速度和迁移率电子和空穴也在做高速的热运动。漂移运动：电子或空穴在电场作用下的定向运动。导电性与电子或空穴的漂移运动有关。South China Normal University导电性:漂移运动电流密度：J=Jn+Jp （4-14）=（nqn+pqp）|E|n、p：自由电子和自由空穴的 浓度。由：J=|E|电导率：=nqn+pqp （4-15）对于n型半导体，np：=nqn （4-16）对于p型半导体，pn：=pqp （4-17）对于本征半导体：=nqn+pqp （4-18）在一定电场强度下，半导体的导电性由载流子浓度和载流子迁移率决定的。3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal Universityl迁移率：单位电场强度下电子的平均定向运动速度。在不同的材料里，电子和空穴的迁移率是不同的。表4-1，98页 l在不同的掺杂浓度或温度下，材料的迁移率也不一样 n-Si；51015cm-3；n=1250 cm2/Vs；91016cm-3；n=700 cm2/Vs；l迁移率计算：l漂移速度：Vd=|E|;a=Eq/m*载流子与原子碰撞前的运动速度 V=at=Eq/m*t；平均漂移运动速度 V=1/2（0+Eq/m*t）=1/2 Eq/m*t 3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal Universityl由于载流子的散射具有偶然性，两次散射间的自由运动时间t并不相同，改写成：V=Eq/m*；：平均自由运动时间。=1/P，（4-39）：散射几率的倒数：P：散射几率 由 V=E，得：=q/m*；电子迁移率：n=qn/mn*；（4-43）空穴迁移率：p=qp/mp*（4-44）l迁移率受自由电子或空穴的有效质量决定。不同的半导体材料，有效质量不同，迁移率也不同。自由电子的迁移率一般比空穴迁移率大。迁移率还受平均自由运动时间的影响，越长，迁移率也就越高。3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal Universityl半导体的电导率对于n型半导体；=nqn=nq2n/mn*（4-45）对于p型半导体：=pqp=pq2p/mp*对本征半导体：=nqn+pqp =nq2n/mn*+pq 2p/mp*l载流子散射 1）电离杂质散射：载流子与电离杂质由于库仑作用引起的散射。3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal University杂质浓度有关：杂质浓度越大，散射越强，迁移率 越低。与温度有关：温度越大，载流子运动快，散射小，温度低，载流子运动慢，散射大。P Ni/T3/2 （4-19）i T3/2/Ni 2）晶格振动散射：由于晶格原子振动引起的载流子散射 温度越高，晶格振动越剧烈，散射越强。声学波散射：P T3/2 （4-29）s T-3/2 温度高，振动剧烈，散射强，平均自由运动时间短。光学波散射：公式（4-30）v1:纵光学波振动频率；hvl:纵光学声子的能量3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal University3）其它因素引起的散射：中性杂质散射；位错散射；等能谷间散射、载流子之间的散射。l迁移率与杂质和温度的关系电离杂质散射：P Ni/T3/2 ；i T3/2/Ni （4-51）声学波散射：P T3/2；s T-3/2 （4-52）光学波散射：P 1/exp(hvl/K0T)-1；o exp(hvl/K0T)-1 （4-53）根据=q/m*，得：电离杂质散射：i T3/2/Ni （4-54）声学波散射：s T-3/2 （4-55）光学波散射：o exp(hvl/K0T)-1 （4-56）3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率South China Normal University任何时候，都有几种散射机理存在，因此有：载流子平均自由运动时间：1/=1/i+1/s+1/o+（4-58）迁移率：1/=1/i+1/s+1/o+.（4-59）3、半导体的电导率和迁移率、半导体的电导率和迁移率
