2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的导电性

半导体的导电性 Conductivity of semiconductor ——in electromagnetic field 中心问题： 载流子在外场下的漂移运动和迁移率相关的散射的概念； 迁移率、电导率和电阻率随温度和杂质浓度的变化规律。 主要内容：（8个学时） ●漂移运动和迁移率 ●载流子的散射概念 ●迁移率与杂质浓度和温度的关系 ●电阻率及其与杂质浓度和温度的关系(重点） ●玻耳兹曼方程、电导的统计理论（了解） ●强电场下的效应、热载流子（理解） ●霍尔效应（掌握） §4-1 载流子的漂移运动和迁移率 一、漂移运动和漂移速度(drift moving and drift velocity) 有外加电压时，导体内部的自由电子受到电场力的作用，沿着电场的反方向作定向运动形成电流。 电子在电场力作用下的这种运动称为漂移运动，定向运动的速度称为漂移速度。 二、欧姆定律 (ohm law) 金属： 欧姆定律的微分形式它把某一点的 电流密度和电导率、电场联系起来。 对电流空间分布不均匀的材料，如半导体，应该 用电流密度J表示。 均匀导体 对均匀导体中的电场 把V、I、R的形式代入 可得： 三、半导体电导率和迁移率的表达式 设 ：Vdn和Vdp分别为电子和空穴的平均漂移速度。 下面以柱形N型半导体 为例，分析半导体的电 导现象 : 半导体中的载流子有空穴和电子，均对电导有贡献 在外加电场下，电子和空穴作定向运动，称 漂移运动 ds表示A处与电流垂直的小面积元，小柱体的高为 Vdndt 在dt 时间内通过ds的截面电荷量，就是A、B面间小柱体内的电子电荷量，即 A Vdndt B ds Vdn 其中n是电子浓度，q是电子电荷 电子漂移的电流密度Jn为 在电场不太强时，漂移电流遵守欧姆定律，即 其中σ为材料的电导率 Next page 当导体内部电场恒定时，电子应具有一个恒定不变的平均漂移速度。 电场强度增大时，电流密度也相应地增大，因而，平均漂移速度也随着E的增大而增大，反之亦然。所以，平均漂移速度的大小与电场强度成正比，其比值称为电子迁移率。 迁移率的意义：表征了在单位电场下载流子的平 均漂移速度。 它是表示半导体电迁移能力的重要参数。 因为电子带负电，所以Vdn一般应和E反向，习惯上迁移率只取正值，即: 上式为电导率和迁移率的关系 Vd 对于空穴，有 ： μn和μp分别称为电子和空穴迁移率， 单位为cm2V-1s-1 对N型半导体： 对P型半导体 ： 补偿型：po=NA－ND ③ 本征半导体： $