第三章半导体中载流子的统计分布精选PPT.ppt

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1、第三章半导体中载流子的统计分布第1页，本讲稿共85页 在一定温度下，若无其它外界作用，在一定温度下，若无其它外界作用，半导体中半导体中的导电电子和空穴是依靠电子的的导电电子和空穴是依靠电子的热激发热激发作用而产作用而产生的，电子从热振动的晶格中获得能量，可从低生的，电子从热振动的晶格中获得能量，可从低能量的量子态跃迁到高能量的量子态能量的量子态跃迁到高能量的量子态.如如本征激发本征激发，形成导带电子和价带空穴形成导带电子和价带空穴第2页，本讲稿共85页 电子和空穴也可以通过杂质电离方式产生，电子和空穴也可以通过杂质电离方式产生，当电子从当电子从施主能级施主能级跃迁到导带时产生导带电跃迁到导带时

2、产生导带电子；当电子从价带激发到子；当电子从价带激发到受主能级受主能级时产生价时产生价带空穴等。带空穴等。第3页，本讲稿共85页 相反的过程相反的过程-即电子也可以从高能量的量子即电子也可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定能量能量(声子声子)，从而使导带中的电子和价带中的，从而使导带中的电子和价带中的空穴不断减少，这一过程称为空穴不断减少，这一过程称为载流子的复合。载流子的复合。第4页，本讲稿共85页 T定，两个相反的过程之间将建立起动态定，两个相反的过程之间将建立起动态平衡平衡-热平衡状态热平衡状态。热平衡状态下。热平衡状态下,半

3、导体中半导体中的导电电子浓度和空穴浓度保持一个稳定的数的导电电子浓度和空穴浓度保持一个稳定的数值值.称为称为热平衡载流子热平衡载流子若温度改变，情况如何？若温度改变，情况如何？第5页，本讲稿共85页 半半导导体体的的导导电电性性强强烈烈地地随随温温度度而而变变化化。原原因因就在于半导体中载流子浓度随温度而变化。就在于半导体中载流子浓度随温度而变化。要要深深入入了了解解半半导导体体的的导导电电性性及及其其他他许许多多性性质质，必必须须探探求求半半导导体体中中载载流流子子浓浓度度随随温温度度变变化化的的规规律律，解解决决如如何何计计算算一一定定温温度度下下半半导导体体中中热热平平衡衡载载流流子子浓

4、度的问题。浓度的问题。但但重点涉及平衡态重点涉及平衡态,不讨论非平衡态不讨论非平衡态.第6页，本讲稿共85页要得到要得到:1.热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度;2.热平衡载流子浓度随温度的变化热平衡载流子浓度随温度的变化;需要知道：需要知道：1.允许的量子态允许的量子态(允态允态)按能量如何分布；按能量如何分布；2.电子在允许的量子态中如何分布。电子在允许的量子态中如何分布。第7页，本讲稿共85页3.1 状态密度状态密度解决第一个问题解决第一个问题:1.允许的量子态允许的量子态(允态允态)按能量如何分布按能量如何分布?半半导导体体的的导导带带和和价价带带中中，有有很很多多能能级级存存在在。但但

5、相相邻邻能能级级间间隔隔很很小小，约约为为10-22eV数数量量级级，能能级级可可看看成成连连续续。可将能带分为能量很小的间隔来处理。可将能带分为能量很小的间隔来处理。第8页，本讲稿共85页假假定定在在能能带带中中能能量量E（E+dE）之之间间无无限限小小的的能能量量间间隔隔dE内有内有dZ个量子态，则状态密度个量子态，则状态密度g（E）为）为:（3-1）g（E）：能量能量E附近每单位能量间隔内量子态数附近每单位能量间隔内量子态数第一个问题第一个问题:允许的量子态允许的量子态(允态允态)按能量按能量如何分布如何分布?第9页，本讲稿共85页 1.算出单位算出单位k空间中量子态数（空间中量子态数（

6、k空间的状空间的状 态密度）。态密度）。2.算出算出k空间中与能量空间中与能量dE 即即E(E+dE）间间对应的对应的k空间体积空间体积，用，用k空间体积和空间体积和k空间中的状态密度空间中的状态密度相乘相乘（dZ）。）。根据根据 可求的状态密度可求的状态密度g(E)怎样得到怎样得到g（E）?通过通过k(k空间空间)计算计算k空间的状态密度空间的状态密度第10页，本讲稿共85页 半导体中电子的允态（即能级）用波矢半导体中电子的允态（即能级）用波矢k标志，标志，但是电子波矢但是电子波矢k不能取任意的数值，而是受到一不能取任意的数值，而是受到一定条件的限制。定条件的限制。3.1.1 k空间中量子态

7、的分布空间中量子态的分布第11页，本讲稿共85页 用用kx ky kz坐坐标标轴轴的的直直角角坐坐标标系系描描写写k空空间间。显显然然，在在k空空间间中中，由由一一组组整整数数（nx ny nz）给给出出k空空间间一一点点且且对对应一定的波矢应一定的波矢k。第12页，本讲稿共85页该点是电子的一个允态的代表点。该点是电子的一个允态的代表点。由由于于nx ny nz只只能能取取整整数数，不不同同的的整整数数（nx ny nz）决决定定了了不不同同的的点点，对对应应着着不不同同的的波波矢矢k，代代表表了了电电子子不不同同允允态态，因因此此，电电子子有有多多少少个个允允态态，在在k空空间间中中就就有

8、有多少个代表点（多少个代表点（如图如图）。）。第13页，本讲稿共85页 任任一一代代表表点点的的坐坐标标，沿沿三三个个坐坐标标轴轴kx ky kz方方向向均均为为1/L的的整整数数倍倍，所所以以代代表表点点在在k空空间间中中是是均均匀匀分布的分布的。第14页，本讲稿共85页nk空间中，电子的允许能量状态密度是空间中，电子的允许能量状态密度是V。考虑电子的自旋，考虑电子的自旋，k空间中每一个代表点代空间中每一个代表点代表自旋方向相反的两个量子态表自旋方向相反的两个量子态 k k空间中，电子的允许量子态密度是空间中，电子的允许量子态密度是2 2V V第15页，本讲稿共85页3.1.2 状态密度状态

9、密度 允许的量子态允许的量子态(允态允态)按能量如何分布按能量如何分布?计算半导体导带底附近的状态密度计算半导体导带底附近的状态密度 第16页，本讲稿共85页导带底附近导带底附近E(k)与与k的关系：的关系：一、考虑能带极值在一、考虑能带极值在k=0，等能面为，等能面为球面球面 （抛物线假设）的情况。（抛物线假设）的情况。第17页，本讲稿共85页两个球壳之间体积是两个球壳之间体积是4k2dk，k空间中空间中量子态密度量子态密度是是2V，所以，在能量，所以，在能量E(E+dE)之间的量子态数之间的量子态数为为 dZ=2V4 k2dkkk+dk第18页，本讲稿共85页由式（由式（3-2）求得）求得

10、k与与E的关系的关系第19页，本讲稿共85页第20页，本讲稿共85页说说明明：导导带带底底附附近近单单位位能能量量间间隔隔内内的的量量子子态态数数目目，随随着着电电子子的的能能量量增增加加按按指指数数关关系系增增大大。即即电电子子能能量量越越高高，状状态态密密度越大。度越大。允许的量子态允许的量子态(允态允态)按能量如何分布按能量如何分布?第21页，本讲稿共85页同理可算得价带顶附近状态密度同理可算得价带顶附近状态密度gv（E）为）为:在图在图3-2的曲线表示了的曲线表示了gv（E）与）与E的关系曲线。的关系曲线。第22页，本讲稿共85页二二 实际半导体硅、锗，导带底附近，等能面为实际半导体硅

11、、锗，导带底附近，等能面为 旋转椭球面旋转椭球面 EC：极值能量极值能量 可计算得可计算得mdn:导带底电子状态密度有效质量导带底电子状态密度有效质量S：对称状态数：对称状态数第23页，本讲稿共85页 硅硅、锗锗中中，价价带带中中起起作作用用的的能能带带是是极极值值相相重重合合的的两两个个能能带带，这这两两个个能能带带相相对对应应有有轻轻空空穴穴有有效效质质量量（mp）1和和重空穴重空穴有效质量（有效质量（mp）h。硅：导带底共有六个对称状态硅：导带底共有六个对称状态 s=6，将，将m1，mt的值代入式，计算得的值代入式，计算得mdn=1.08 m0。对锗对锗,s=4，可以计算得，可以计算得m

12、dn=0.56 m0第24页，本讲稿共85页 价价带带顶顶附附近近状状态态密密度度应应为为这这两两个个能能带带的的状状态态密密度度之之和和。相相加加之之后后，价价带带顶顶附附近近gv（E）仍仍可可下下式式表表示示，不不过过其其中的有效质量中的有效质量mp为为mdp.mdp称为价带顶空穴的称为价带顶空穴的状态密度有效质量状态密度有效质量硅硅，mdp=0.5m0；锗锗，mdp=0.37m0。10学时第25页，本讲稿共85页硅硅晶晶体体中中约约有有 51022/cm3个个硅硅原原子子，价价电电子子数数约约有有451022/cm3个。个。3.2 3.2 费米能级费米能级EFEF和载流子的统计分布和载流

13、子的统计分布3.2.1 3.2.1 费米分布函数和费米能级费米分布函数和费米能级第26页，本讲稿共85页 电子能量变化无常，看似无规。电子能量变化无常，看似无规。在热平衡状态下，电子按能量大小具有一定在热平衡状态下，电子按能量大小具有一定的统计分布规律性，电子在不同能量的的统计分布规律性，电子在不同能量的量子态上量子态上统计分布概率是一定统计分布概率是一定的。的。根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电根据量子统计理论，服从泡利不相容原理的电子遵循子遵循费米统计律费米统计律。第27页，本讲稿共85页能量为能量为E的一量子态被一个电子占据概率为的一量子态被一个电子占据概率为f（E）.f(E)称为

14、电子的称为电子的费米分布函数。费米分布函数。f(E)描写热平衡状态下，电子在允态上如何分布描写热平衡状态下，电子在允态上如何分布 的一个统计分布函数。的一个统计分布函数。k0是破耳兹曼常数，是破耳兹曼常数，T是热力学温度。是热力学温度。第28页，本讲稿共85页EF非常重要的一个量非常重要的一个量费米能或费米能量，它和温费米能或费米能量，它和温度度T、半导体材料的导电类型、半导体材料的导电类型n、p，杂质的含量以，杂质的含量以及能量零点选取有关。及能量零点选取有关。EF是一个很重要的物理参是一个很重要的物理参数，只要知道数，只要知道EF 数值，在定数值，在定T下，电子在各下，电子在各量子态量子态

15、上的统计分布上的统计分布就完全确定。就完全确定。第29页，本讲稿共85页 如何定出：如何定出：由半导体中能带内所有量子态中被电子占据的量由半导体中能带内所有量子态中被电子占据的量子态数应等于电子总数子态数应等于电子总数N这一条件来决定，即这一条件来决定，即第30页，本讲稿共85页 将半导体中大量电子的集体看成一个热力学系统，将半导体中大量电子的集体看成一个热力学系统，统计理论表明，费米能级统计理论表明，费米能级EF是系统的化学势，即是系统的化学势，即 -系统化学势，系统化学势，F是系统的自由能。是系统的自由能。第31页，本讲稿共85页意义：意义：系统处于热平衡状态，不对外界做功的情况下，系系统

16、处于热平衡状态，不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于统中增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级系统的化学势，也就是等于系统的费米能级处于热平衡状态的系统有统一的化学势！处于热平衡状态的系统有统一的化学势！处于热平衡状态的电子系统有统一费米能级！处于热平衡状态的电子系统有统一费米能级！第32页，本讲稿共85页费米分布函数费米分布函数f f（E E）特性分析：）特性分析：当当T=0K时：时：若若EEF，则，则f(E)=0。第33页，本讲稿共85页 热力学温度零度时，能量比热力学温度零度时，能量比EF小的量子态被电子占据的小的量

17、子态被电子占据的概率是概率是100%，因而这些量子态上都是有电子的；，因而这些量子态上都是有电子的；能量比能量比EF大量子态上都没大量子态上都没有电子，是空的。有电子，是空的。在在热力学温度零度时，热力学温度零度时，费米能级费米能级E EF F可看成量子可看成量子态是否被电子占据的一个态是否被电子占据的一个界限界限。第34页，本讲稿共85页当当T0K时：时：若若E1/2 若若 E=EF，则，则f(E)=1/2 若若EEF，则，则f(E)0时时，如如量量子子态态的的能能量量比比费费米米能能级低，则该量子态被电子占据的概率级低，则该量子态被电子占据的概率50%；量量子子态态的的能能量量比比费费米米

18、能能级级高高，则则该该量量子子态态被被电电子子占占据据的概率的概率0,被被电电子子占占据据的的概概率率，一一般般都都满满足足f(E)1，半半导导体体导导带带中中的的电子分布可以用电子的玻耳兹分布函数描写。电子分布可以用电子的玻耳兹分布函数描写。价带道理相同价带道理相同EFEcEv第45页，本讲稿共85页E增增大大，f(E)减减小小，导导带带中中绝绝大大多多数数电电子子分分布在导带底附近布在导带底附近EcEv第46页，本讲稿共85页价价带带中中的的量量子子态态，被被空空穴穴占占据据的的概概率率，一一般般满满足足1-f(E)1。价价带带中中的的空空穴穴分分布布服服从从空空穴穴的的玻玻耳耳兹兹曼曼他

19、他分分布布函函数数。E增增大大，1-f（E）增增大大，价价带带中中绝绝大大多多数数空空穴穴集集中中分分布在价带顶附近。布在价带顶附近。ECEVEF第47页，本讲稿共85页（3-13）、（）、（3-14）两个基本公式。）两个基本公式。服从玻耳兹曼统计律的电子系统服从玻耳兹曼统计律的电子系统-非简并性系统非简并性系统服从费米统计律的电子系统服从费米统计律的电子系统-简并性系统简并性系统第48页，本讲稿共85页3.2.3 导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度解决问题解决问题2：计算半导体中的载流子浓度。：计算半导体中的载流子浓度。第49页，本讲稿共85页 状状态态密密

20、度度为为gc(E)，E处处参参量量E(E+dE）之之间间有有dZ=gc(E)dE个个量量子子态态，而而电电子子占占据据能能量量为为E的的量量子子态态的的概概率率是是f（E），则则在在E（E+dE）间间有有 f(E)gc(E)dE个电子。个电子。第50页，本讲稿共85页从从导导带带底底到到导导带带顶顶对对f(E)gc(E)dE进进行行积积分分，就就得得到到了了能能带带中中的的电电子子总总数数，再再除除以以半半导导体体体体积积V，就就得得到了导带中的电子浓度。到了导带中的电子浓度。第51页，本讲稿共85页图为能带、函数图为能带、函数f(E)、1-f(E)、gc(E)、gv(E)等曲线等曲线第52页

21、，本讲稿共85页图（图（e）中可看出，导带中电子的大多数是在导带底）中可看出，导带中电子的大多数是在导带底附近，而价带中大多数空穴则在价带顶附近。附近，而价带中大多数空穴则在价带顶附近。图为图为f(E)gc(E)和和1-f(E)gv(E)等曲线。等曲线。第53页，本讲稿共85页 在非简并情况下，导带中电子浓度可计算如下。在非简并情况下，导带中电子浓度可计算如下。在能量在能量E（E+dE）间的电子数间的电子数dN为为第54页，本讲稿共85页得能量得能量E（E+dE）之间单位体积中的电子数为之间单位体积中的电子数为第55页，本讲稿共85页对上式各分，得热平衡状态下对上式各分，得热平衡状态下非简并半

22、导体非简并半导体的导的导带电子浓度带电子浓度n0为为第56页，本讲稿共85页积分上限积分上限Ec是导带顶能量。是导带顶能量。作一变换：作一变换：x=(E-Ec)/(k0T)，（3-15）变为）变为导带宽第57页，本讲稿共85页 积分上限改为积分上限改为 无穷不影响结果。无穷不影响结果。导带中的电子绝大多数在导带底部附近。导带中的电子绝大多数在导带底部附近。第58页，本讲稿共85页数学处理上带来了很大的方便，（数学处理上带来了很大的方便，（3-16）可改写：）可改写：第59页，本讲稿共85页Nc T3/2是一很重要的量，称为是一很重要的量，称为导带的有效状态密导带的有效状态密度度，是温度的函数。

23、，是温度的函数。第60页，本讲稿共85页是电子占据能量为是电子占据能量为Ec的量子态的概率，（的量子态的概率，（3-19）可理解）可理解为把导带中所有量子态都集中在导带底为把导带中所有量子态都集中在导带底Ec，Ec处的状态处的状态密度为密度为Nc。导带中的电子浓度是导带中的电子浓度是Nc中有电子占据的量子态数中有电子占据的量子态数第61页，本讲稿共85页同理，同理，热平衡状态下，热平衡状态下，非简并半导体的价带中空穴浓非简并半导体的价带中空穴浓度度p0为为第62页，本讲稿共85页第63页，本讲稿共85页 Nv T3/2是一很重要的量，称为价带的是一很重要的量，称为价带的有效状态有效状态密度密度

24、，是温度的函数。，是温度的函数。第64页，本讲稿共85页可理解为把价带中所有量子态都集中在导带底可理解为把价带中所有量子态都集中在导带底E Ev v，E Ev v处的状态密度为处的状态密度为N Nv v，则价带中的空穴浓度是，则价带中的空穴浓度是N Nv v中有中有空穴占据的量子态数。空穴占据的量子态数。空穴占据能量为空穴占据能量为E Ev v的量的量子态的概率子态的概率第65页，本讲稿共85页n n0 0 、p p0 0 与与温度温度T T有关，与有关，与E EF F有关。有关。T T的影响来自两方面的影响来自两方面 ：N Nc c、N Nv v正比于正比于T T3/23/2 指数部分随温度

25、迅速变化指数部分随温度迅速变化。E EF F,T,T 确定，就可以计确定，就可以计算算导带电子浓度导带电子浓度和和价价带空穴浓度带空穴浓度第66页，本讲稿共85页 n0、p0 与温度与温度T有关，与有关，与EF有关。有关。可由可由n0p0 得到很有意思的结果。得到很有意思的结果。第67页，本讲稿共85页所以所以重要结论：重要结论：电子和空穴的浓度乘积和费米能级无关。电子和空穴的浓度乘积和费米能级无关。半导体材料定，乘积半导体材料定，乘积n0p0只决定于只决定于温度温度T，与所含杂质无，与所含杂质无关。关。第68页，本讲稿共85页 给定温度给定温度T，半导体材料不同，禁带宽度，半导体材料不同，禁

26、带宽度Eg不同，乘积不同，乘积n0p0也将不同。也将不同。普遍适用本征半导体和杂质半导体普遍适用本征半导体和杂质半导体（热平衡状态、非简并）（热平衡状态、非简并）。第69页，本讲稿共85页 上式可看出，上式可看出，半导体材半导体材料料定，则定，则Eg一定。温度定，一定。温度定，乘积乘积n0p0定。定。半导体处于热平衡状态时，载流子浓度的乘积保持恒定，如果电半导体处于热平衡状态时，载流子浓度的乘积保持恒定，如果电子浓度增大，空穴浓度就要减小；反之亦然。子浓度增大，空穴浓度就要减小；反之亦然。第70页，本讲稿共85页 3.3 本征半导体的载流子浓度本征半导体的载流子浓度 热激发所产生的载流子热激发

27、所产生的载流子 没有杂质和缺陷的半导体没有杂质和缺陷的半导体 T=0 K，价带全满，导带全空，价带全满，导带全空T0 K，热激发，电子从价带激发到导带（本，热激发，电子从价带激发到导带（本征激发）征激发）ECEVEg第71页，本讲稿共85页 本征激发，电子和空穴成对产生，本征激发，电子和空穴成对产生，n0=p0 本征激发下的电中性条件本征激发下的电中性条件 由上式可求得本征半导体的费米能级由上式可求得本征半导体的费米能级EF（本征用符号（本征用符号Ei表示）。表示）。第72页，本讲稿共85页第73页，本讲稿共85页上述三种半导体材料的上述三种半导体材料的1n（mp*/mn*）在在2以下。以下。

28、EF约在禁带中线附近约在禁带中线附近1.5k0T范围内。范围内。在在室室温温（300K）下下，k0T0.026eV，而而硅硅、锗锗、砷砷化化镓镓的的禁禁带带宽宽度度约约为为1eV左左右右，因因上上式式（3-30）中中第第二二项项小小得得多多，所以所以本征半导体的费米能级本征半导体的费米能级Ei基本上在禁带中线处。基本上在禁带中线处。锑锑化化铟铟室室温温时时禁禁带带宽宽度度Eg0.17eV，而而 mp*/mn*之之值值约约为为32左右，于是它的左右，于是它的费米能级费米能级Ei已经远在禁带已经远在禁带之上之上。第74页，本讲稿共85页本征载流子浓度本征载流子浓度ni为为式中式中Eg=Ec-Ev为

29、禁带宽度。为禁带宽度。讨论：讨论：一定的半导体材料，本征载流子浓度一定的半导体材料，本征载流子浓度ni随温度的升高随温度的升高而迅速增加（指数增长）；而迅速增加（指数增长）；不同的半导体材料，在同一温度不同的半导体材料，在同一温度T时，时，禁带宽度禁带宽度Eg越越大，本征载流子浓度大，本征载流子浓度ni就越小。就越小。第75页，本讲稿共85页 说明说明:在一定温度下，任何非简并半导体的热平衡载在一定温度下，任何非简并半导体的热平衡载流子浓度的乘积流子浓度的乘积n0p0等于该温度时的本征载流子浓度等于该温度时的本征载流子浓度ni的平方，与所含杂质无关。的平方，与所含杂质无关。注意：注意：不仅适用

30、于本征半导体材料，而且也适用于不仅适用于本征半导体材料，而且也适用于非简并的杂质半导体材料。非简并的杂质半导体材料。12学时n0p0=ni2（质量作用定律）（质量作用定律）第76页，本讲稿共85页n常见半导体在室温下的本征载流子浓度：常见半导体在室温下的本征载流子浓度：Si:ni=1.51010cm-3Ge:ni=2.41013cm-3GaAs:ni=1.1107cm-3第77页，本讲稿共85页常常见见半半导导体体本本征征载载流流子子浓浓度度和和温温度度关关系系Lnni-1/T直线关系直线关系第78页，本讲稿共85页 半导体中总是含有一定量的杂质和缺陷的，在一半导体中总是含有一定量的杂质和缺陷

31、的，在一定温度下，欲使载流子主要来源于本征激发，要求定温度下，欲使载流子主要来源于本征激发，要求半半导体中杂质含量不能超过一定限度。导体中杂质含量不能超过一定限度。室温下，锗的本征载流子浓度为室温下，锗的本征载流子浓度为2.41013cm-3，而锗，而锗的原子密度是的原子密度是4.51022cm-3，于是要求杂质含量应该低于，于是要求杂质含量应该低于10-9。硅室温本征情况，则要求杂质含量应低于硅室温本征情况，则要求杂质含量应低于10-12。对。对砷化镓在室温下要达到砷化镓在室温下要达到10-15以上的纯度才可能是本征情以上的纯度才可能是本征情况，况，这样高的纯度，目前尚未做到。这样高的纯度，

32、目前尚未做到。第79页，本讲稿共85页 半导体器件中，载流子主要来源于杂质电离，而半导体器件中，载流子主要来源于杂质电离，而将将本征激发忽略不计本征激发忽略不计，在本征载流子浓度没有超过杂质，在本征载流子浓度没有超过杂质电离所提供的载流子浓度的范围，如杂质全部电离，载电离所提供的载流子浓度的范围，如杂质全部电离，载流子浓度是一定的，器件就能稳定工作。流子浓度是一定的，器件就能稳定工作。随着温度的升高，本征载流子浓度迅速地增加。随着温度的升高，本征载流子浓度迅速地增加。第80页，本讲稿共85页 举例子：举例子：RT处，纯硅的温度每升高处，纯硅的温度每升高8K左右，本征载左右，本征载 流子浓度就增

33、加约一倍。流子浓度就增加约一倍。纯锗的温度每升高纯锗的温度每升高12K左右，本征载流子浓左右，本征载流子浓 度就增加约一倍。度就增加约一倍。温度足够高，本征激发占主要地位，器件将温度足够高，本征激发占主要地位，器件将 不能正常工作。不能正常工作。第81页，本讲稿共85页 每种半导体材料制成的器件都有一定的极限工作每种半导体材料制成的器件都有一定的极限工作温度，超过这一温度后，器件就失效了。温度，超过这一温度后，器件就失效了。室温电阻率为室温电阻率为1cm左右的硅平面管，由掺入左右的硅平面管，由掺入51015cm-3的施主杂质锑而制成的。在保持载流子主要的施主杂质锑而制成的。在保持载流子主要来源

34、于杂质电离时，要求本征载流子浓度至少比杂质来源于杂质电离时，要求本征载流子浓度至少比杂质浓度低一个数量级，即不超过浓度低一个数量级，即不超过51014cm-3。第82页，本讲稿共85页 如果也以本征载流如果也以本征载流子浓度不超过子浓度不超过51014cm-3的话，由的话，由右图查得对应温度右图查得对应温度为为526K，所以硅器，所以硅器件的极限工作温度件的极限工作温度是是520K左右。左右。第83页，本讲稿共85页砷化镓禁宽度比硅大，极限工作温度可高达砷化镓禁宽度比硅大，极限工作温度可高达720K左右，左右，适宜于制造大功率器件。适宜于制造大功率器件。由于本征载流子浓度随温度的迅速变化，用本由于本征载流子浓度随温度的迅速变化，用本征材料制作的器件性能很不稳定，所以制造半导征材料制作的器件性能很不稳定，所以制造半导体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料。体器件一般都用含有适当杂质的半导体材料。第84页，本讲稿共85页第85页，本讲稿共85页