半导体物理基础(5)扩散运动..
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半导体物理名词解释1.单电子近似:假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。
2.电子的共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原于转移到相邻的原子上去,因而,电子将可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子的共有化运动。
3.允带、禁带: N个原子相互靠近组成晶体,每个电子都要受到周围原子势场作用,结果是每一个N度简并的能级都分裂成距离很近能级,N个能级组成一个能带。
分裂的每一个能带都称为允带。
允带之间没有能级称为禁带。
4.准自由电子:内壳层的电子原来处于低能级,共有化运动很弱,其能级分裂得很小,能带很窄,外壳层电子原来处于高能级,特别是价电子,共有化运动很显著,如同自由运动的电子,常称为“准自由电子”,其能级分裂得很厉害,能带很宽。
6.导带、价带:对于被电子部分占满的能带,在外电场的作用下,电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去,形成了电流,起导电作用,常称这种能带为导带。
下面是已被价电子占满的满带,也称价带。
8.(本证激发)本征半导体导电机构:对本征半导体,导带中出现多少电子,价带中相应地就出现多少空穴,导带上电子参与导电,价带上空穴也参与导电,这就是本征半导体的导电机构。
9.回旋共振实验意义:这通常是指利用电子的回旋共振作用来进行测试的一种技术。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量,并从而可求得能带极值附近的能带结构。
当交变电磁场角频率W等于回旋频率Wc时,就可以发生共振吸收,Wc=qB/有效质量10.波粒二象性,动量,能量P=m0v E=12P2m0P=hk1.间隙式杂质:杂质原子位于晶格原子间的间隙位置,称为间隙式杂质。
2.替位式杂质:杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处,称为替位式杂质。
3.施主杂质与施主能级:能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。
它们称为施主杂质或n型杂质。
载流子的扩散运动和漂移运动载流子的扩散运动和漂移运动是半导体物理学中重要的概念。
它们是描述半导体中电流传输的两种不同机制。
扩散运动主要由浓度梯度驱动,而漂移运动则是由电场力驱动。
我们来了解一下载流子的概念。
在半导体中,电流的传输是由载流子负责的。
载流子可以是正电荷的空穴或负电荷的电子。
在纯净的半导体中,载流子的浓度很低。
但是当掺杂杂质进入半导体晶体时,就会引入额外的载流子,从而增加了载流子的浓度。
扩散运动是指载流子在浓度梯度作用下的运动。
当半导体中存在浓度梯度时,载流子会自由地从高浓度区域向低浓度区域扩散。
这类似于热量从高温区域向低温区域传播的过程。
在扩散运动中,载流子的运动速度与浓度梯度成正比。
浓度梯度越大,扩散速度越快。
扩散运动的结果是,高浓度区域的载流子会向低浓度区域扩散,从而导致浓度的均衡。
漂移运动是指载流子在电场力作用下的运动。
当半导体中存在电场时,载流子会受到电场力的作用,从而发生漂移运动。
这类似于物体在重力作用下发生的垂直运动。
在漂移运动中,载流子的运动速度与电场强度成正比。
电场强度越大,漂移速度越快。
漂移运动的结果是,载流子会沿着电场方向移动,从而形成电流。
扩散运动和漂移运动的相互作用决定了半导体中电流的传输特性。
在半导体器件中,通常会有电场和浓度梯度同时存在。
这时,载流子既会受到电场力的作用,发生漂移运动,又会受到浓度梯度的作用,发生扩散运动。
通过调控电场和浓度梯度的大小,可以控制载流子的运动方式和速度,从而实现对电流的精确控制。
载流子的扩散运动和漂移运动是半导体中电流传输的两种不同机制。
扩散运动主要由浓度梯度驱动,而漂移运动则是由电场力驱动。
这两种运动相互作用,共同决定了半导体中的电流传输特性。
了解载流子的扩散运动和漂移运动对于理解半导体器件的工作原理和性能具有重要意义。
第五章 非平衡载流子第五章 Part 1 5.1 非平衡载流子的注入、寿命和准费米能级 5.2 复合理论 5.3 陷阱效应 5.4 非平衡载流子的扩散运动 5.5 5 5 爱因斯坦关系 系 5.6 5 6 连续性方程5.1 非平衡载流子的注入、 5 1 非平衡载流子的注入 寿命和准费米能级一、非平衡载流子的产生1、热平衡态和热平衡载流子 1 热平衡态和热平衡载流子热平衡态: 热平衡态 没有外界作用 半导体材料有统 的温度 和确定的载 没有外界作用,半导体材料有统一的温度,和确定的载 流子浓度。
热平衡时,电子和空穴的产生率等于复合率。
在非简并情况下: 在非简并情况下⎛ Eg n0 p0 = Nc Nv exp ⎜ − ⎝ k0T⎞ 2 ⎟ = ni ⎠该式是非简并半导体处于热平衡状态的判据式一、非平衡载流子的产生2、非平衡态和非平衡载流子 2 非平衡态和非平衡载流子若对半导体材料施加外界作用,其载流子浓度对热平衡态下的载流 子浓度发生了偏离,这时材料所处的状态称为非平衡状态。
n0光照Δn非平衡 电子p0Δp非平衡 空穴非平衡态半导体中电子浓度n= n0 + Δn ,空穴浓度p= p0 + Δp 。
一、非平衡载流子的产生3、非平衡载流子的产生——注入(injection) 3 非平衡载流子的产生 注入(i j ti )光注入: 光照使价带电子激发到导带产生电子-空穴对:Δn= Δp 光注入的条件:hυ ≥ Eg利用金属—半导体接触或利用pn结的正向工作 电注入: 利用金属 半导体接触或利用 结的正向工作 注 的程度 注入的程度: 小注入:n0>>Δn ,但Δn >> p0 ,Δp >> p0 半导体物理主要研究小注入,此时非平衡少子更重要 大注入:Δn 大注入 Δ ~ n0 , Δ p0或 Δ > n0, Δ >n0 Δp~ Δn Δp一、非平衡载流子的产生4、光电导n0光照ΔnΔn = ΔpΔσ = Δnqμn + Δ pqμ p qμΔp pp0σ = ( n0 qμn + p0 qμ p ) + ( Δnqμn + Δ pqμ p ) = σ 0 + Δσ二、非平衡载流子的弛豫现象和寿命1、非平衡载流子的弛豫现象 1 非 的 豫 象存在外界注 条件时 存在外界注入条件时: 产生率>复合率 产生非平衡载流子 进入非平衡态Δn,Δ Δσ撤销外界注入条件时: 复合率>产生率 非平衡载流子逐渐消失 恢复到热平衡态 恢复 衡 n,p随时间变化的过程,称为弛豫过程二、非平衡载流子的弛豫现象和寿命2、非平衡载流子的寿命非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命。