高二物理竞赛杂质半导体的载流子浓度课件 (1).pptx

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1、讨论：讨论：1. 杂质能级与费米能级的杂质能级与费米能级的相对位置相对位置明显反映了电子和空穴占据杂质明显反映了电子和空穴占据杂质能级的情况。能级的情况。2. 当当 说明了什么？说明了什么？3. 当当 重合时，重合时， ，即施主杂质有，即施主杂质有1/3电离，电离，还有还有2/3没有电离。没有电离。4. 同理，同理，当当EF远在远在EA之上时，受主杂质几乎全部电离；之上时，受主杂质几乎全部电离；当当EF远在远在EA之下时，受主杂质基本上没有电离；当之下时，受主杂质基本上没有电离；当EF等于等于EA时，受主杂时，受主杂质有质有1/5电离，电离，4/5没有电离。没有电离。 ( 思考题思考题)TkE

2、E0FD1exp0FDTkEE0DnDDNn FDEE 与332DDDDNnNn而n型半导体的载流子浓度型半导体的载流子浓度 （只含一种施主杂质的（只含一种施主杂质的n型半导体）型半导体）电中性条件： 0000:ADDnppnnnp常用总方程cFvFD0c0vD00DF0expexp1 2expEEEENnNpNnk Tk TEEk T，求出EF(关键所在)方法：利用电中性条件方法：利用电中性条件确定该状态的费米能级确定该状态的费米能级T、EF确定后，确定后， 计算计算 00np 或求出2i00npn00pn 或FcvDcvF00D0Fexp=exp1 2expEENNNk Tk TEk TE

3、EE几种典型情形 考虑存在单一杂质能级的情形 电中性条件： 温度和掺杂浓度既决定了杂质能级的电离程度，又决定了载流子的来源是本征激发还是杂质能级激发。费米能级随之变化。 弱电离情形弱电离情形 中等电离情形中等电离情形 强电离情形强电离情形 过渡区过渡区 高温本征激发区高温本征激发区以N型掺杂为例，P型同理(1)(1)低温弱电离区低温弱电离区（ 远比远比ND为小）为小）Dn1exp0FDTkEEcFDDFcD00DF01exp=exp21+2expEENEENNk Tk TEEk TcD0DcF2ln22NNTkEEE与温度与温度 、杂质浓度、杂质浓度、杂质种类有关杂质种类有关大部分施主杂质能级

4、仍为电子所占据，少量施主电离（弱电离）大部分施主杂质能级仍为电子所占据，少量施主电离（弱电离）价带中只靠本征激发跃迁至导电的电子数很少价带中只靠本征激发跃迁至导电的电子数很少00D0pnn取对数简化取对数简化导带中的电子全部由导带中的电子全部由电离施主杂质提供电离施主杂质提供讨论讨论 3 2cDF0K,2limcTEEENT导带底和施主能级的中线处（）TEddF低温弱电离区低温弱电离区EF与与T关系关系可以了解变化情况可以了解变化情况232ln2d2lnd22ln2ddcD0cc0cD0FNNkTNNTkNNkTET0k时，时，Nc0，dEF/dT+ ，上升快，上升快T，Nc dEF/dTTT

5、，dEF/dTNDEF下降至下降至 以下以下2DcEE 当温度升高到当温度升高到EF=ED时，时， 1exp0DFTkEE施主杂质有施主杂质有1/3电离电离 cD0DcF2ln22NNTkEEE极值时FFD23Dc, 0dd,11. 02ETENeNN当温度升高至大部分杂质都电离时称为强电离。 TkEETkE0FD0DF, 1exp或 TkEENEfNnNn0FDDDDDDDexp211cD0cFD0FcclnexpNNTkEENTkEENDFDFcFiFicD:,;,:n()a ETbNEETEEcEEwhyTNNN由温度 和施主杂质浓度所决定（与低温弱电离的区别）一般越大 如下图所示型一定

6、时一定时上大于在 之(3)(3)强电离区强电离区DDNn 此时，此时，电中性条件：0DnNcDNN一般大于强电离区饱和区：载流子浓度与温度无关，0DnN特点：1. 杂质全部电离 2. 本征激发不可忽略电中性条件：同时存在本征激发和杂质电离的情形要会分析（费米能级，载流子浓度）(4)(4)过渡区过渡区n和p的变换 本征半导体时， ()/()/FiiFEEkTiEEkTinnepneinpn()/()/iCViEEkTiCEEkTiVnN enN ekTEEiVkTEEiCViiCenNenN/ )(/ )()/()/FCVFEEkTCEEkTVnN epN e普遍适用费米能级费米能级 对掺杂半导体， 注意：lnFiinEEkTnFDEE费米能级费米能级 接近室温时EF - Ei = kTln(ND/ni)不完全电离