41.3半导体中载流子的散射机制 2)晶格散射 起源于晶格在格点附近振动产生的“格波”(晶体中可以存在多种 不同振动模式的格波,一种振动模式等效为一种声子)引起的散 射。晶格振动产生的格波包括声学波和光学波。声学波散射和光 学波散射,又称为声子散射 声学波:晶格中所有原子沿相同方向运动,具有连 续介质弹性波的特征 光学波:晶格中不同原子间相对运动,具有介质极 化电磁波的特征 晶格散射可看成是载流子(电子、空穴)与声子间的碰撞散射。 3)表面散射 表面电荷 表面粗糙度 表面声子(高K栅介质器件)
2）晶格散射 起源于晶格在格点附近振动产生的“格波”（晶体中可以存在多种 不同振动模式的格波，一种振动模式等效为一种声子）引起的散 射。晶格振动产生的格波包括声学波和光学波。声学波散射和光 学波散射，又称为声子散射 •声学波：晶格中所有原子沿相同方向运动，具有连 续介质弹性波的特征 •光学波：晶格中不同原子间相对运动，具有介质极 化电磁波的特征 晶格散射可看成是载流子（电子、空穴）与声子间的碰撞散射。 3）表面散射 •表面电荷 •表面粗糙度 •表面声子（高K栅介质器件） 4.1.3 半导体中载流子的散射机制 半导体中载流子的散射机制
41.3半导体中载流子的散射机制 散射是影响载流子输运能力的主要因素之一,不同的散射机制,对载 流子输运能力(迁移率)的影响显示不同的温度关系。 平均自由程( Mean free path)和平均自由时间 载流子热运动时,发生两次散射之间所运动的平均距离(统计平均值)。 载流子在S中的平均自由程约为1mm-1pm。设其平均自由程为1μm,则其 平均自由运动时间-1ps。 10-cm I p sec 10 cm/sec
散射是影响载流子输运能力的主要因素之一，不同的散射机制，对载 流子输运能力（迁移率）的影响显示不同的温度关系。 平均自由程（Mean free path l）和平均自由时间 载流子热运动时，发生两次散射之间所运动的平均距离（统计平均值）。 载流子在Si中的平均自由程约为1nm~1 μ m。设其平均自由程为 1 μ m，则其 平均自由运动时间~1ps 。 sec1 sec/10 10 7 5 p cm cm m ≈ = − τ 4.1.3 半导体中载流子的散射机制 半导体中载流子的散射机制
§42载流子的输运 半导体中载流子的输运是通过载流子在半导体中宏观的定向运动实现的, 实际上是微观运动的统计平均,包括:漂移运动和扩散运动两种形式 42.1.载流子的漂移运动和漂移电流 当半导体中存在电场时,载流子将在电场作用下做定向运动,称之为漂 移运动( Drift)。漂移运动是电场感应的载流子的定向运动,是一种 宏观运动行为,表征的是微观运动的统计平均结果
§ 4.2 载流子的输运 4.2.1. 载流子的漂移运动和漂移电流 载流子的漂移运动和漂移电流 当半导体中存在电场时，载流子将在电场作用下做定向运动，称之为漂 移运动（Drift）。漂移运动是电场感应的载流子的定向运动，是一种 宏观运动行为，表征的是微观运动的统计平均结果。 半导体中载流子的输运是通过载流子在半导体中宏观的定向运动实现的， 实际上是微观运动的统计平均，包括：漂移运动和扩散运动两种形式
42.1.载流子的漂移运动和漂移电流 漂移速度和漂移电流 载流子的漂移运动实际是载流子在 电场作用下经历加速、碰撞减速过 电子在电场的作用下沿电场反方向运动,这种程的统计平均结果,载流子的漂移 运动称为漂移运动 运动将形成电流,称为漂移电流。 Scatterin e Scattering 在热平衡情况下,电子 热运动完全随机,因而 净电流为零
漂移速度和漂移电流 漂移速度和漂移电流 载流子的漂移运动实际是载流子在 电场作用下经历加速、碰撞减速过 程的统计平均结果，载流子的漂移 运动将形成电流，称为漂移电流。 在热平衡情况下，电子 热运动完全随机，因而 净电流为零 4.2.1. 载流子的漂移运动和漂移电流 载流子的漂移运动和漂移电流
42.1.载流子的漂移运动和漂移电流 漂移电流和迁移率 荷电载流子在电场作用下作定向漂移运动,引起电流。设其定向漂移运 动的平均速度(称为漂移速度)为ν,则漂移电流表示为: J=ng 其中m为载流子的浓度,q为载流子的电量 电子 实验显示,在弱电场下, 载流子的漂移速度v与电 场成正比Ev=LE T:300K 其比例系数称为载流子的迁移率,定义为:强度Vm 单位电场作用下,载流子获得的平均定向运动速度,反映了载流子在电 场作用下的输运能力,是半导体物理中重要的概念和参数之
漂移电流和迁移率 漂移电流和迁移率 荷电载流子在电场作用下作定向漂移运动，引起电流。设其定向漂移运 动的平均速度（称为漂移速度）为v，则漂移电流表示为： j = nqv v = μE 其中n为载流子的浓度，q为载流子的电量 实验显示，在弱电场下， 载流子的漂移速度v与电 场成正比E 其比例系数称为载流子的迁移率，定义为： 单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电 场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。 4.2.1. 载流子的漂移运动和漂移电流 载流子的漂移运动和漂移电流