2022-2023学年高二物理竞赛课件：非简并杂质半导体的载流子浓度

非简并杂质半导体的载流子浓度 本征半导体： + 杂质半导体： n0 p0 EF 电中性条件 ？ 非简并杂质半导体的载流子浓度 举例 (1) 在常温下，已知施主浓度ND，并且全部电离，求导带电子浓度no和价带空穴浓度po ∵ 施主全部电离 ∴no=ND po=ni2/no=ni2/ND （2）在常温下，已知受主浓度NA，并且全部电离，求导带电子浓度no和价带空穴浓度po ∵ 受主全部电离 ∴po=NA n0=ni2/po=ni2/NA 二、本征半导体的费米能级 Ei 为禁带的中心能级，将NC、NV代入： Ge：mdp=0.37mo，mdn=0.56mo 室温时，kT = 0.026 eV EF－Ei= - 0.008 eV (Eg)Ge=0.67ev ∴EF≈Ei 对Si、GaAs一样，EF≈Ei 对某些窄禁带半导体不然，如InSb， Eg=0.17eV，mdp/mdn ≈ 32， EF=Ei+0.068 eV ≠Ei 对于多数本征半导体，可以认为本征费米能级位于禁带中心，而且不随温度变化 Ei 又叫本征费米能级 EF = Ei 时： 故 同样 非简并半导体： 非简并半导体另一组有用的公式 ●本征半导体载流子浓度随温度变化很大，浓度及导电性不能控制 在室温附近，Si：T↑8K，ni↑一倍 Ge：T↑12K，ni↑一倍 本征半导体在应用上限制 ●纯度达不到 要使得本征激发是载流子的主要来源 杂质原子/总原子 ＜＜ 本征载流子/总原子 Si：原子密度1023/cm3，室温时，ni=1010/cm3 本征载流子/总原子=1010/1023=10-13＞杂质原子/总原子 Si的纯度必须高于99.9999999999999% 杂质半导体带电粒子有： 电子、空穴、电离的施主nD+和电离的受主pA- 电中性条件： no + pA- = po + nD+ 导带 价带 pA- p0 n0 nD+ 电子占据ED的几率 空穴占据EA的几率 一、杂质能级上的电子和空穴浓度 若施主浓度为ND 施主能级上的电子浓度nD为： — 未电离的施主浓度 电离的施主浓度nD+为： $