不一硅母多性 式中E为电能量对p≈0,有 在类似假设下,关丁空穴迁移率凸有类似共公式,即有时适用厂电穴的迁移率公式 F取决于m和<>,在不同散射机制下有不同的表达式,对千电杂质教利,析应迁移半A为 中N为电离杂质密度,是字导体介电常数出十括号内的静变化慢,近似有 对于声学声了散射,相载流子迁移率公式为 =正Em“ 式中Cn是半体平均纵弹作常数:E是形变势常数即品格单位体积变引起的能边移动的绝 对值,对于极性华异体如Gls)的光学声于散到相的迁移丰为 式中a,为长该纵光声(的教半,t.分别为半体静会电曾数与光介电常数 对下几种射机构同时起作用的情况液子迁移中由这儿种数射机构共确定、没3种散射 乱构养起作用时,迁移宇分别为两,和,制二者同时存条件F的载液子漂移迁移率n近 由卜式确定 在室蓝时,的电子证莎丰为13km4,迁移率方18mv J霍耳系数 导体中,若时有在电流L反与电流相垂直的驶感应强度B(分别在图1.31中其与2方向 .与载流了是电了径空究)叶它就近(滑若l的力向漂移:另方面,它义受到渚意力作用 化为电了 相对运确方向偏转在垂于电场结场的r方向上引起正比于4B的横向电场E电子 穴来说,具力向量相反,该现象称为罪斗E可与为:E=B,式中为与,尤关的常 数称霍即系数
旺材科科孕与米 >存E简并精况下,对T声学声了射,-37/8-1.18;面对 下电踌杂质散射,2-35x12-1.93,在:’j世量关的乱下,7=1 如袋,有 由两式,如果剿定了霍系数据其符号可以确定率体的导电类型,面据其数冽求出载流子 策度针!n、p的情况,有R=7;引FP》的情况,有Ra-7m。定义需斗迁移辛 Ral,对下浮声或多n的半体都 测电导与孩系数,可以求出A它与漂移迁移半之比r,其数捕级为1,具体数取决干毂流子 射机构 4強电场下約电导与热载清子 在病电场情况F,电流密度/与湾了漂移速度都正比于电场强度,即电导率与载滋子迁移率 想是与电汤无关的常数伊是电场增强定帮度(对F许多字辞体,为vcm驶缓),我子 漂移速度电场之利的比笑系不能保,珪反御化谅中载流了漂移遂度电场强度之间关系 团祉 围1.3t居及比中造了愿移运度电场坐度的关最 W叫,电场进步增强时,诸中获子的漂移速度达到饱和值,在更约电场下出现 碰摊化,最維(密度增加,中实上当电场增倒时,载液子約平均能量高,也可以说它们获得了 于晶格湿度了的有效度两此常把这行的载流子称为热载流子,时于错和硅 =14+[1两点 式中找为低电场下弦茂了的迁移,导体中声莲屈电场下的移速度为 方低电场下了的漕移速度,在够强的电场下,错时中的發流f的潭移速度达饱和
多一章的昙本性盾 9 式中E是光学声子的能量,是直空中电子质殖对于弹化镓,漂移速度与电汤之间关丢延余 这是由砷化镓特殊的能带结构决定的 1.3.5非平衡载流子 在卡衡条件下,N十导体中,空灾是少数截流了样P卓半体中,电了是少数战流 子,这,所提到的少数载流子可以称为少数了洒载流子析谓平衡条件足指在热了衡下,山半 导体自身性腰决定了载流了种受和数日,不有在外的影啊 科是,在外界淮下,半等体中少数获流了的数日有可能增加减少)例如,光把价带中的 些电了激发到导带中去,引起价带空汽和导替电子数的增加是这种情况.这种比衡情况多余 出来的少数载流子,足非干衡少数载液f,习贯上简称少,当未作阳道除后,非平衡载润了将 通过各种途径复合面酒失恢复到热衡状态 少数数流子的注人 丰平衡载流子在半导体物理中其有极重的义,计多重的?导体效应帮是由F丰半载 藏子的作用面产生的例如,半导体的光电和发允现象都非平通载流子的激发行为密切关少 数载流子注人的方法有多种但主睿是电字方法光困注入 量早发现把丝探针Nie的表面(经化学饿)相接楚,并在探上加向电压,使屯流 山探针施人(,发晚电导半有改变说明有新的猴流了产生这象表明,流人探针的电子不是导 带电子,而是来自满带因满带中形空穴,这样在计葡五形成了多余的数较流了《空究 以及与之棚中和的在导带中的电子,这种方式称为少数载流子的注入,肯引起了加的电导率 =十昭# 式中,为注人空六密度,H4p· 光照注人产生非千後载流子,在半与体器作和光电了各件,以及光电探滴器了方面有看广泛的 应用例如太阳能电池具有PN结电结构,节太阳光烈射表有时,近过PN结产的光生优打 效底将太阻能转要为电能光电转换过程如下:村料在阳阻射下,吸教了能製大了禁宽度的光 在N,死尽区和P区面发产光生电子汽对;光生电子,空穴时低耗尽产生后,《即被 内电场分离,光生电子进人N区,面光生空汽被推入P区,根探耗尽近短条件,耗尽区边界处的張 流子度近以零在N区中,光生电子空穴对产生以后,老生空汽缏向结扩散,到达門结 边界,克即受约内让电场作用,被电动力牵引作语移运动过耗尽连人P区P区中的光生电子 同样地出扩散漂移进入N区,光生空汽留在P区,如此使有N结两侧彩就正,角电荷积累,产生 了光生电压,这是光生伏打效,当光屯池并接!發后电流就从Ⅳ经负载向N区,负 盘获得电功率 2丰平衝少数载子寿命少子寿金 1半衡载流f的寿命通常的称方少了与命引外界件用鲁量后,半嵌获流子从产生缚复合涯 渐消失,至恢复到件衡态,非衔流了从产半到复合的平均存在时闰就足少了的分 实轮证明在较简单的甘况下,如上衡载淹f的数日不延太人,导衡我流了的数目在 标体内部的作用下按卷数式时间衰减 其就碱时闫常数r等于少子命 个待载流子约复合多种基本过程图1(m)表示带到能带的复合这里一电子空
硅树耕科学与技末 (奥过程 坐能折能复 少E 口口0 吨学到发出 用13合过置 穴对发生了复台;电子从导带跃迁到价带,同时发射出个光子(辆射过程)或者把能转移劁其 他自由电了或空穴(铁歇过程、后过程是碰电离的相反过程一过程是直接光跃迁的反过 程,这过程对于布直接禁带的多数■、族化台特霏要 图1.36)袁示单能缓复合,这里,在禁帮巾只有个阱圈级1.3x)表示多能级发合 禁带内有在多种深能缓或陷簖缀,帐能绣合可税为电子停疾、电了发射李究疫及空穴发9 这样网个过程半德时的复合率合室半门以米秒为单位》为 式电,及或,分别表示空穴及电了俘获载面足载流子的速度,等丁√3了’:是陷密 ;E是鞘能缓;E是本饪齊米能级:是本征戟流了密度,l然在热学下,=r,=1,面 L在-0=的简化条伴下8)式化被 上式看到,当复合中心轮级接近禁替中心,即E≈E时复合速卡趋近极大丙此最有約复 心是位上禁带中心附近的些眭 在低注人条任卜,注人沧了数日与一)要比多数酸流子数山少很多的悄况,复合速半 「阳下式表不
吊一幸硅的基本推质 式中,声是平衡少数载滋了密度,山·户是少数载流了寿合在N型半导体中, 衡载南子密度),》及P,划(1.38)式变成 比较(1.60)及(1.5)式,得到N型半异体中少数载子寺命空穴寿 同样得P型导体中电子寿倉 研究表明,多能级陷阱复合过程然定性特点与单能情形类似,仰在细节上有所不同特别在 大注入条件下,渐近寿命是与所右带电的及中性的陷阵能缀有关联约寿合约平均值 从L讨论得误使级杂质和些结构缺眉是平衡载流f的有敬复合中心,促使少了寿會 显者降低,破坏材科的品质这就委求半导体材料必须有很鸢的纯度,尤其姜尽方上滁这些深能缓 杂质例如娃中的重金画会质同时要求单兵有很好然完褻性 少子专纷足表扯单质转的重要参量之,已成为生产线上常现测试约个参数,少子 台在许多半导体器作中起定性作用。数晶体管要求故大值数大,正向压降低,应选用弃台较 的单晶,反过米,对些尚類开关管求响谜度浃,则要透用寿命单油。从光电器件的发光效 半和太阳电注的转换效率等考恩,工艺上要求采用少子期会和少了扩散长度均较长的硅单屏 量少子寿合的方法有很多种,常用的有有饩光电导衰题法,高频光电导衰退法和袤面光压法 等,详见后面61,节所述,有关丰评衡或流了现论的详繼介细参图率导体物方面的专著 1.3.6PN结 将难晶的·部分渗入受丰余质成为P梨半导体,另部分掺人施主杂质成为N形导体两 者的界即及具相邻结构称为N结FN结有整流、击穿电容光生伏打等系到特殊性质,是半导 体器件的坛用最磁,FN结落本身可以成楚流稳压,光电等器件外像品体管等要复余的器件也 是由多个可相关联的FN结构成的 1.PN结空间电荷区和势垒 结的各种特性可以用电萄区的存在和变化米解择随看结两侧空穴和电子相对扩散 动在P区界礴究减少N区界庭剩电f少,N结界自两侧短分别出既固定电离杂 质形成氧,直宰间电劳区租处立老山Nk指向P区的自建电场。自建电场引起电子和窄穴的遵 移运的力和它们各自约打教运动方向相反空间电份区及自电场随致流子的扩散运由发 生加强,百到这两科运达到动态衡,净电流为零,此时,空间电荷区称为半衡N结的结区 它电荷区的宽度与杂浓度行关,排杂浓度高空间电省区就窄而掺余度低的方,空间电前 区拓的范宽些自进电场的两边电势称为FN结接触势坐电子或空穴都姿克服这个势 垒才能通过RN结以,空间电荷还也称为势垒区,势垒的高度半导体材料的种赞N区PK 2ⅣN结的整流特性 与N结上外接正压时,即P区接上正电,N区接上负电位时,外电扬使自建电场减 ,势辛药厦降低,结两过多数子大旦流过界面PN结有很大电溉流过,如果正向电压 加,则势高度进步降低,正利电流随电压银快增加,表明PN结在止綸压下兵有低阻特性,如 在PN结上相纸偏图时,外电场加保了自建电场,愿移作用占优势,F是P区一方的少了电子)被