2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体载流子浓度和费米能级

杂质半导体载流子浓度和费米能级 电中性条件： no + pA- = po + nD+ 分析不同温度范围，确定费米能级EF 导带 价带 pA- p0 n0 nD+ 杂质半导体载流子浓度和费米能级 ● ED－EF＞＞kT nD→0，nD+→ND，施主杂质几乎全部电离 ● EF = ED gD=2 ● EF－ED＞＞kT nD→ND，nD+→0，施主杂质几乎没有电离 施主杂质只有1/3电离 没有电离的受主浓度pA为： 电离的受主浓度pA-为： 若受主浓度为NA gA ● EF－EA＞＞kT ● EA－EF＞＞kT pA→0，pA-→NA，受主杂质几乎全部电离 ● EF=EA gA=4 pA→NA，pA-→0，受主杂质几乎没有电离 受主杂质只有1/5电离 1. 低温弱电离区 温度很低，kT＜△ED＜＜Eg，本征激发忽略 本征激发很小，po=0 可忽略 电中性条件 no = nD+ 以只含有ND一种施主杂质为例 A. n 型半导体载流子浓度和费米能级 no + pA- = po + nD+ 可简化为： T 杂质离化区 本征激发区 过渡区 低温弱电离区 中间电离区 强电离区 载流子由杂质电离提供 杂质部分电离 杂质全部电离 载流子由杂质电离和本征激发提供 载流子主要由本征激发提供 将 n0、nD+ 代入，得： 温度很低时，nD+<<ND, ∴ ∴ 取对数并化简得： ● EF ～ T 的关系 T → 0K时 ∴ EF→(EC+ED)/2 T↑，NC↑，dEF/dT↓ dEF/dT → +∞ T→0K时 ＞3/2，dEF/dT＞0，EF↑； 当 当T↑↑，达到 dEF/dT=0 ： EF达到最大值 当T＞Tmax后， $