2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体中载流子的统计分布

半导体中载流子的统计分布 半导体中载流子的统计分布 热平衡状态 低能量的量子态 高能量的量子态 产生电子空穴对 使电子空穴对 不断减少 热平衡载流子：处于热平衡状态下的导电电子和空穴 半导体物理 玻尔兹曼分布函数 条件：E-EF>>k0T 费米统计分布：受到泡利不相容原理限制 玻尔兹曼分布：泡利原理不起作用 半导体物理 导带电子浓度 能量E到E+dE之间的量子态 电子占据能量为E的量子态几率 将所有能量区间中电子数相加 除以半导体体积 导带电子浓度n0 V 载流子浓度是与温度、杂质数量及种类有关的量 半导体物理 载流子浓度乘积n0p0 与费米能级无关 只决定与温度T，与所含杂质无关 适用于热平衡状态下的任何半导体 温度一定， n0p0一定 Nc：导带有效状态密度 Nv：价带有效状态密度 半导体物理 杂质半导体中的载流子浓度 电子占据施主能级的几率： 空穴占据受主能级的几率： 施主能级上的电子浓度 电离施主浓度 半导体物理 n型硅中电子浓度与温度关系 五个区 低温弱电离区 中间电离区 强电离区 过渡区 高温本征激发区 各区特点及变化趋势 半导体物理 掺有某种杂质的半导体的载流子浓度和费米能级由温度和杂质浓度所决定。 在杂质半导体中，费米能级的位置不但反映了半导体导电类型，而且还反映了半导体的掺杂水平。 半导体物理 第三章 载流子输运 漂移运动：电子在电场力作用下的运动 迁移率：单位场强下电子的平均漂移速度 电导率 电流密度 半导体物理 散射及散射机构 平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程 散射机构 （1）电离杂质散射 （2）晶格振动散射 声学波 光学波 （3）其他散射：能谷散射、中性杂质散射、位错散射 长纵声学波在长声学波中起主要作用 半导体物理 电阻率与温度的关系 载流子主要由电离杂质提供 杂质全部电离，晶格振动散射上升为主要矛盾 本征激发成为主要矛盾 半导体物理 强电场效应 现象：偏离欧姆定律 解释：从载流子与晶格振动散射时的能量交换过程来说明 半导体物理 $