载流子漂移运动

第5章载流子输运现象xxm1载流子运动的四种驱动方式：2漂移运动——电场驱动扩散运动——浓度场驱动霍尔效应——磁场转动塞贝克效应——温差场驱动5.1载流子的漂移运动漂移电流密度dυ3若密度为ρ的正体积电荷以平均漂移速度运动，则形成的漂移电流密度为•漂移运动：在外场|E|的作用下，半导体中载流子要逆(顺)电场方向作定向运动。•平均漂移速度：定向运动速度称为漂移速度，它大小不一，取其平均值。ddrfdJ单位：C/cm2s或A/cm2(5.2)dpPdrfJep空穴形成的漂移电流密度e单位电荷电量；p：空穴的数量；vdp,为空穴的平均漂移速度。*pFmaeE空穴的速度是否会持续增大？5.1载流子的漂移运动漂移电流密度nenE4dnndrfJen总漂移电流密度：(5.5)pPdrfJepE空穴漂移电流方向与外加电场方向相同。同理，可求得电子形成的漂移电流密度(5.8)nenE(5.9)drfpnJepEenE弱电场条件下，平均漂移速度与电场强度成正比，有(5.4)dppEμp称为空穴迁移率。单位cm2/Vs5.1载流子的漂移运动漂移电流密度迁移率的值55.1载流子的漂移运动5.1.2迁移率迁移率6(5.4)dppEμp称为空穴迁移率。单位cm2/Vs*(5.10)pdvFmeEdt空穴的加速度与外力如电场力之间的关系：*(5.11)peEtvm设初始漂移速度为0，则对上式积分：迁移率如何计算，它与什么物理量有关？5.1载流子的漂移运动迁移率电场对载流子的作用7*(5.12a)cpdpeakpevEm令τcp表示两次碰撞之间的平均时间：5.1载流子的漂移运动迁移率空穴迁移率电子迁移率8*=(5.13)dpcpppveEm*=(5.14)dncnnnveEm载流子的散射：所谓自由载流子，实际上只有在两次散射之间才真正是自由运动的，其连续两次散射间自由运动的平均路程称为平均自由程，而平均时间称为平均自由时间。5.1载流子的漂移运动迁移率声子散射和电离杂质散射32(5.16)IITN-IdaNNN9当温度高于绝对零度时，半导体中的原子由于具有一定的热能而在其晶格位置上做无规则热振动，破坏了势函数，导致载流子电子、空穴、与振动的晶格原子发生相互作用。这种晶格散射称为声子散射。(5.15)nLT半导体中掺入杂质原子可以控制或改变半导体的性质，室温下杂质电离，在电子或空穴与电离杂质之间存在的库仑作用会引起他们之间的碰撞或散射，这种散射机制称为电离杂质散射。111(5.18)LI5.1载流子的漂移运动迁移率105.1载流子的漂移运动迁移率115.1载流子的漂移运动5.1.3电导率欧姆定律12JE设p型半导体掺杂浓度为Na,Nani，则电导率为：1pnepenpepapeN电导率:电阻的倒数欧姆定律的微分形式：σ表示半导体材料的电导率，单位为(Ωcm)-1。电导率是载流子浓度和迁移率的函数。135.1载流子的漂移运动电导率14Nd=1015cm-3半导体的电阻特性（红线区－电阻：阻碍运输）对于本征半导体，本征激发起决定性因素，所以T升高，电阻下降；对于杂质半导体，在温度很低时，本征电离可忽略，T升高，杂质电离的载流子越来越多，电阻下降；进入室温区，杂质已经全部电离，而本征激发还不重要，T升高，晶格震动散射加剧，电阻升高；高温区，本征激发起主要作用，T升高，本征激发明显，电阻下降。155.1载流子的漂移运动5.1.4饱和速度载流子的运动速度不再随电场增加而增加165.1载流子的漂移运动饱和速度低能谷中的电子有效质量mn*=0.067m0。有效质量越小，迁移率就越大。随着电场强度的增加，低能谷电子能量也相应增加，并可能被散射到高能谷中，有效质量变为0.55m0。高能谷中，有效质量变大，迁移率变小。这种多能谷间的散射机构导致电子的平均漂移速度随电场增加而减小，从而出现负微分迁移率特性。17ENDThanksforlistening18