微觀粒子的運(yùn)動(dòng)ppt課件

1、South China Normal University微觀粒子的運(yùn)動(dòng)微觀粒子的運(yùn)動(dòng) 歐姆定律歐姆定律半導(dǎo)體的導(dǎo)電性半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 漂移速度和遷移率漂移速度和遷移率載流子散射載流子散射 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率遷移率與雜質(zhì)和溫度的關(guān)系遷移率與雜質(zhì)和溫度的關(guān)系South China Normal UniversityI=V/ R 4-1 R=L/S； 4-2: 電阻率 , m ；cm L：導(dǎo)體的長(zhǎng)度；S：截面積 =1/ 4-3 ：電導(dǎo)率，-1cm-1 在一定的V，L，S下，不同的導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是由電阻率或電導(dǎo)率決議的。 1、歐姆定律、歐姆定律South China Norm

2、al UniversityR=L/S 代入 I=V/ R 得 ： I= VS/L= VS/L= SE 電流密度：J= I/S歐姆定律微分方式： 電流密度：J=|E| 4-7 |E|=V/L E：V/cm; J：A/cm2 在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下，J由電導(dǎo)率決議。 1、歐姆定律、歐姆定律South China Normal University 2、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、微觀粒子的運(yùn)動(dòng) 微觀粒子的平均熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能=3/2kT k：波爾茲曼常數(shù)，1.38010-23 J/K; 8.6210-5eV/K 1/2mV2=3/2kT； 自在電子300 K溫度下： V1 .2107cm/s=1 .2105m/s So

3、uth China Normal University J：?jiǎn)挝粫r(shí)間經(jīng)過(guò)垂直于電流：?jiǎn)挝粫r(shí)間經(jīng)過(guò)垂直于電流 方向的單位面積的電子電量方向的單位面積的電子電量 電流密度：電流密度：J=-nqVd 4-9 Vd：平均漂移速度：平均漂移速度 由：由：J=|E| Vd=|E| 4-10 J=nq|E| 微觀情況下，電導(dǎo)率：微觀情況下，電導(dǎo)率： = nq遷移率：遷移率：，單位電場(chǎng)強(qiáng)度下電子的平均定向運(yùn)動(dòng)速度，單位電場(chǎng)強(qiáng)度下電子的平均定向運(yùn)動(dòng)速度，cm2/Vs 3、漂移速度和遷移率、漂移速度和遷移率電子和空穴也在做高速的熱運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)：電子或空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)電性與電子或空穴的漂移運(yùn)動(dòng)有關(guān)

4、。South China Normal University導(dǎo)電性:漂移運(yùn)動(dòng)電流密度：J= Jn+Jp 4-14 = nqn+pqp|E| n、p：自在電子和自在空穴的 濃度。 由：J=|E| 電導(dǎo)率：= nqn+pqp 4-15對(duì)于n型半導(dǎo)體，np：= nqn 4-16對(duì)于p型半導(dǎo)體，pn：= pqp 4-17對(duì)于本征半導(dǎo)體：= nqn+pqp 4-18 在一定電場(chǎng)強(qiáng)度下，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性由載流子濃度和載流子遷移率決議的。3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率South China Normal Universityl遷移率：?jiǎn)挝浑妶?chǎng)強(qiáng)度下電子的平均定向運(yùn)動(dòng)速度。 在不同的資料里，

5、電子和空穴的遷移率是不同的。表4-1，98頁(yè) l在不同的摻雜濃度或溫度下，資料的遷移率也不一樣l n-Si；51015cm-3；n=1250 cm2/Vs；l 91016cm-3；n=700 cm2/Vs；l遷移率計(jì)算：l漂移速度： Vd=|E|; a= Eq/m*l載流子與原子碰撞前的運(yùn)動(dòng)速度l V=at= Eq/m*t；l平均漂移運(yùn)動(dòng)速度l V =1/20+ Eq/m*t=1/2 Eq/m*t 3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率South China Normal Universityl由于載流子的散射具有偶爾性，兩次散射間的自在運(yùn)動(dòng)時(shí)間t并不一樣，改寫成：l V = Eq

6、/m*；：平均自在運(yùn)動(dòng)時(shí)間。l = 1/P， 4-39l ：散射幾率的倒數(shù)： P：散射幾率l 由 V=E， 得：l = q/m*；l 電子遷移率：n= qn/mn*； 4-43l 空穴遷移率：p= qp/mp* 4-44l遷移率受自在電子或空穴的有效質(zhì)量決議。l不同的半導(dǎo)體資料，有效質(zhì)量不同，遷移率也不同。l自在電子的遷移率普通比空穴遷移率大。l 遷移率還受平均自在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的影響，越長(zhǎng)，遷移率也就越高。3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率South China Normal Universityl 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率l 對(duì)于n型半導(dǎo)體；= nqn = nq2n/mn* 4-45l 對(duì)

7、于p型半導(dǎo)體：= pqp = pq2p/mp*l 對(duì)本征半導(dǎo)體： = nqn+pqp l = nq2n/mn* + pq 2p/mp* l 載流子散射 l 1電離雜質(zhì)散射：載流子與電離雜質(zhì)由于庫(kù)侖作用引起的散射。3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率South China Normal University雜質(zhì)濃度有關(guān)：雜質(zhì)濃度越大，散射越強(qiáng)，遷移率 越低。 與溫度有關(guān)：溫度越大，載流子運(yùn)動(dòng)快，散射小，溫度低，載流子運(yùn)動(dòng)慢，散射大。 P Ni/ T3/2 4-19 i T3/2/Ni 2晶格振動(dòng)散射：由于晶格原子振動(dòng)引起的載流子散射 溫度越高，晶格振動(dòng)越猛烈，散射越強(qiáng)。聲學(xué)波散射：

8、P T3/2 4-29 s T-3/2 溫度高，振動(dòng)猛烈，散射強(qiáng)，平均自在運(yùn)動(dòng)時(shí)間短。 光學(xué)波散射： 公式4-30 v1:縱光學(xué)波振動(dòng)頻率；hvl:縱光學(xué)聲子的能量3、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率South China Normal University3其它要素引起的散射： 中性雜質(zhì)散射；位錯(cuò)散射；等能谷間散射、載流子之間的散射。遷移率與雜質(zhì)和溫度的關(guān)系電離雜質(zhì)散射： P Ni/ T3/2 ；i T3/2/Ni 4-51聲學(xué)波散射： P T3/2； s T-3/2 4-52光學(xué)波散射： P 1/exp(hvl/K0T)-1；o exp(hvl/K0T)-1 4-53根據(jù)= q/m*，得：電離雜質(zhì)散射： i T3/2/Ni 4-54聲學(xué)波散射： s T-3/2 4-55光學(xué)波散射： o exp(hvl/K0T)-1 4-563、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率、半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率Sout