2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体中载流子的运动

半导体中载流子的运动 在半导体中，载流子有多种运动。但电子载流子与空穴载流子产生的运动形成的电流方向一致。 半导体中载流子的运动 掺杂后电导率 电阻率 本征 掺杂后 载流子的扩散运动—由浓度差别引起, 载流子由浓度高的区域向浓度低的区域运动。 扩散电流 载流子的漂移运动—电场作用下载流子的定向运动 电子逆电场方向运动，空穴顺电场方向运动。漂移运动引起的电流称漂移电流。 复合运动—载流子在运动过程中，电子和空穴相遇而消失。 爱因斯坦方程 扩散和漂移都满足热动力现象，而扩散常数D和迁移率可用爱因斯坦方程表示 电压的温度档量 其中： K—波尔兹曼常数（焦尔/K） T—绝对温度（K） q—电子电荷量（库仑） 二、PN结 在N型半导体的基片上，采用平面扩散法等工艺，掺入三价元素，使之形成P型区，则在P区和N区之间的交界面处将形成一个很薄的空间电荷层，称为PN结。PN结的典型厚度为0.5m。 在P区的空穴(多子)向N区扩散，从而在P区一侧留下了不能移动的负离子； 开始时，由于载流子存在浓度差，两边的载流子分别向对方扩散。 而在N区的电子(多子)向P区扩散，结果在N区一侧留下了不能移动的正离子； 最终在交界处的正负离子形成了内建电场E。 内电场是多子的扩散运动引起的，极性由N区指向P区。 N P 有了内电场后，对半导体内载流子的作用为： ●阻碍多子的扩散运动 ● 有利于少子的漂移运动 在PN结开路（无外加电压）时，多子的扩散运动与少子漂移运动最终将达到动态平衡，此时扩散电流等于漂移电流，这时PN结呈现为电中性。 空间电荷层、势垒区、阻挡层、高阻区 阻挡层：指阻挡多数载流子的扩散运动； 耗尽层：指PN结内的载流子被耗尽； 动态平衡后的这个特殊区域称： 耗尽层的P区厚度和N区厚度可以不对称。 ● 正偏：P(＋) N(－) 外加电压的电场方向与PN结内建电场方向相反，P、N区的多子各自返回耗尽层，从而使PN结厚度变薄。多子的扩散运动将重新被大大增加。 偏置PN结-给PN结外加电压 $