电荷输运机制
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载流子在材料中的输运机制解析导言材料科学与工程领域一直致力于研究材料中的载流子输运机制,以便优化材料的电学、磁学、光学性能等。
载流子的输运机制对于各类材料的性能和应用具有重要影响。
本文将从理论上对载流子在材料中的输运机制进行解析。
一、载流子定义及基本概念载流子是指材料中的电荷携带者,包括电子、空穴和离子等。
在固体材料中,电子和空穴是最常见的载流子,而离子则主要存在于液体和气体材料中。
载流子的输运机制决定了材料的电导率、热导率和光学性能等。
因此,研究载流子的输运机制对于优化材料性能非常重要。
二、载流子输运机制(一)电子的输运机制在导体和半导体材料中,电子是主要的载流子。
电子的输运机制可以通过经典或量子力学的方法进行研究。
1. 经典输运机制在导体中,电子的输运机制可以由自由电子模型描述。
自由电子模型假设材料中的电子无相互作用,只受材料晶格的周期势场限制。
根据经典力学和统计物理学的原理,可以推导出电子在晶格中的能谱、速度分布和输运行为等。
在半导体中,电子的输运机制主要是由晶格缺陷和杂质对电子的散射造成的。
晶格缺陷和杂质会引起电子的能带结构变化以及电子与晶格的相互作用。
因此,电子在半导体中的输运行为受到散射的影响。
常见的散射机制包括声子散射、杂质散射和电子-电子散射等。
2. 量子输运机制在低温下,尤其是在纳米材料中,电子的输运机制需要借助于量子力学进行解释。
量子输运机制主要涉及电子的波粒二象性、波函数隧穿效应和量子干涉等。
由于材料的尺寸效应和量子限制效应的存在,电子在纳米材料中的输运行为具有独特的性质。
(二)空穴的输运机制在半导体中,空穴是电子结构带隙中缺少电子的状态。
空穴可以看作是正电荷的载流子。
空穴的输运机制与电子的输运机制类似,但由于空穴的电荷性质和能带的本质,存在一些差异。
1. 拉丁空穴输运机制拉丁空穴是最常见的空穴类型,其在材料中的输运行为依赖于散射过程。
空穴在杂质和缺陷的作用下发生散射,从而改变其运动轨迹和能量分布。
光电材料中的载流子输运与复合机制光电材料是一种能够将光能转化为电能或将电能转化为光能的材料。
随着科技的不断进步和对可再生能源的需求日益增长,光电材料在能源领域的应用越来越广泛。
在光电器件中,载流子的输运和复合机制对于材料的性能起着至关重要的作用。
在光电材料中,光激发可以产生电子和空穴。
光激发通过吸收光子,使得材料中的电子从价带跃迁到导带,形成自由载流子。
这些自由载流子在材料中的输运是光电器件性能的关键因素之一。
载流子输运的机制可以以传导带和价带之间的能带结构为基础进行解释。
光电材料中的载流子输运机制可以分为两种:扩散和迁移。
扩散是指由于浓度梯度而产生的载流子的传输现象。
在材料内部,载流子由高浓度区向低浓度区扩散,从而实现了电荷的输运。
而迁移则是指载流子在材料中受到电场作用的情况下的传输现象。
电场可以使得载流子产生运动,并且以一定速度进行迁移。
在光电材料中,载流子的输运机制既受材料本身性质的约束,也受到外界条件的影响。
材料的能带结构和晶体结构会直接影响载流子的输运行为。
例如,如果材料的导带和价带之间的能隙较小,载流子易于跃迁,从而提高了载流子的迁移速度。
而且材料的晶体结构也可以影响载流子的输运行为。
晶体结构的缺陷和杂质可以散射载流子,从而影响其迁移速度。
此外,外界条件也对载流子的输运行为起着重要影响。
温度是其中一个关键因素,它可以影响载流子的热运动和散射行为。
温度较高时,载流子的热运动速度增加,同时晶体结构中的缺陷和杂质散射也会增强,导致载流子的有效迁移速度降低。
而外界电场的存在也会对载流子的输运行为产生重要影响。
外界电场可以加速载流子的迁移速度,从而增强载流子的传输效率。
在光电材料中,载流子的复合机制同样重要。
当光激发产生的自由载流子在光电器件中传输过程中相遇时,它们可以复合形成约束电子和空穴对。
载流子的复合会导致能量的损失,从而降低了光电器件的效率。
因此,对于光电材料中的载流子复合机制的研究具有重要的理论和应用价值。
电子在半导体中的载流子输运机制当涉及到电子在半导体材料中的载流子输运机制时,我们需要了解半导体的基本概念和性质。
半导体是指在温度较低的条件下,电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
在半导体中,载流子是电荷的载体,可以是电子或空穴。
电子是带负电荷的粒子,而空穴可以视为缺少了一个电子的局域化正电荷。
在半导体中,载流子的输运是指它们在材料内部的运动,包括电子的自由漂移和空穴的自由漂移。
载流子的输运机制可以分为两种:漂移和扩散。
首先,漂移是指载流子在电场的作用下移动的过程。
当在半导体中应用电场时,正电场会使电子向电场的方向漂移,而负电场会使空穴向电场的方向漂移。
在漂移过程中,载流子会与晶格中的离子发生碰撞,并且会受到散射的影响。
这些碰撞会导致载流子的速度减小,从而减缓了漂移速度。
不同的半导体材料具有不同的载流子迁移率,迁移率是描述载流子漂移性能的一个重要参数。
其次,扩散是指由于浓度差异而引起的载流子在材料中的运动。
当处于高浓度区域的载流子进入低浓度区域时,它们会因为浓度差异而扩散到低浓度区域。
根据浓度梯度,扩散的速度会随着时间的推移而减小,直到达到平衡状态。
在半导体中,漂移和扩散这两种机制同时存在并相互影响。
它们共同决定了载流子在半导体中的传输特性。
在半导体器件中,如二极管和晶体管,载流子的输运机制对器件的性能有着重要的影响。
例如,漂移速度的提高可以增加电子管的响应速度和功率。
而扩散机制可以决定电子在PN结区域的跨越速度,从而影响二极管的导通和截止条件。
为了更好地理解电子在半导体中的载流子输运机制,人们使用了各种实验方法和理论模型。
例如,霍尔效应是一种常用的实验方法,用于测量材料中载流子的浓度和迁移率。
而动态输运理论和能带结构理论等理论模型被广泛应用于解释载流子的输运行为。
总的来说,电子在半导体中的载流子输运机制是一个复杂的过程,涉及到电场的作用、离子散射和浓度梯度等因素。
了解和掌握这些机制对于更好地理解半导体器件的性能和优化器件设计具有重要意义。
三维霍尔效应的原理应用1. 什么是三维霍尔效应?三维霍尔效应是指在三维材料中存在的一种跨磁场的电荷输运现象。
该效应由张量霍尔效应和阿尼尔效应组成,与传统的二维霍尔效应有所不同。
在三维材料中,霍尔电导张量和磁场方向以及电流方向之间存在着复杂的关系。
2. 三维霍尔效应的原理三维霍尔效应的原理可以通过以下几个方面来解释:2.1 体态发生器三维材料中的霍尔电导张量与传统二维材料有所不同,在三维材料中无法直接通过电导张量乘以磁场的方式来计算霍尔电势差。
在三维霍尔效应中,电导张量是一个三阶张量,称为体态发生器。
2.2 电子结构三维材料中的电子结构对于三维霍尔效应的产生起着重要作用。
一些具有特殊电子结构的材料,如费米面形态对称性不受破坏的费米面等,可以在外加磁场下产生三维霍尔效应。
2.3 阿尼尔效应阿尼尔效应是指在外加磁场下,电流沿磁场方向和垂直磁场方向产生的组分不同。
阿尼尔效应在三维霍尔效应中起着重要的作用,并且与材料的对称性密切相关。
2.4 结构参数材料的结构参数也对三维霍尔效应有一定影响。
例如,晶格常数的改变、原子间距的变化等都会对三维霍尔效应产生影响。
3. 三维霍尔效应的应用三维霍尔效应作为一种新型的电荷输运现象,具有广泛的应用前景。
以下是三维霍尔效应的一些应用:3.1 自旋电子学三维霍尔效应与电子自旋密切相关,因此可以用于自旋电子学领域。
通过控制磁场、电流和电荷等参数,可以实现自旋器件的控制和调节。
3.2 量子计算三维霍尔效应的存在为量子计算提供了新的研究方向。
使用三维霍尔效应材料作为量子比特的耦合元件,可以实现更高效的量子计算。
3.3 功能材料三维霍尔效应材料具有一定的功能性,可以应用于能量转换、传感器等领域。
通过调控材料的结构参数和磁场等条件,可以实现功能材料的相关性能。
3.4 电子学器件三维霍尔效应材料可以应用于电子学器件中,例如三维霍尔传感器、三维霍尔开关等。
这些器件可以在外界参数变化时产生特定的电信号,具有广泛的应用潜力。
瞬态吸收电荷转移解释说明以及概述1. 引言1.1 概述瞬态吸收和电荷转移是物理学中重要的概念,它们在材料科学、光电子学和化学领域都有广泛的应用。
瞬态吸收是指当光子与物质相互作用时,材料中的电子能级发生变化并且电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
而电荷转移则指的是电子或离子在分子之间传递的过程。
1.2 文章结构本文将首先介绍瞬态吸收的定义和基本原理,包括描述光与物质相互作用以及产生瞬态吸收现象的机制。
接下来会详细讨论不同类型和特征的瞬态吸收,并探究其在不同领域中的应用。
随后,我们将转向电荷转移过程,概述其基本原理,并解释相关的转移机制和影响因素。
最后,我们将解释瞬态吸收与电荷转移之间的关系,并通过实例分析和实验验证结果进行讨论。
1.3 目的本文旨在全面介绍瞬态吸收和电荷转移这两个关键概念,并探讨它们之间的联系。
通过深入理解瞬态吸收和电荷转移的原理和特性,我们可以更好地应用这些知识在材料科学和光电子学等领域中,以开发新的先进技术和推动相关领域的研究进展。
2. 瞬态吸收:2.1 定义和原理介绍:瞬态吸收是一种光谱学技术,用于研究物质中电子的非平衡动力学行为。
它通过观察材料在外界激发下的光谱变化来揭示电子激发态与基态之间能量传输的过程。
瞬态吸收的原理基于电子从一个能级跃迁到另一个能级时所产生的吸收现象。
当样品被高能激光脉冲照射时,激发电子将吸收部分能量并从基态跃迁到高能激发态,形成瞬态吸收。
2.2 瞬态吸收类型和特征:瞬态吸收可分为正常瞬态吸收和反常瞬态吸收两种类型。
正常瞬态吸收指的是样品在激发过程中对蓝色或紫外光的辐射呈现出增加的吸收行为;而反常瞬态吸收则是指样品在激发后对红外光呈现出增加的吸引行为。
瞬态吸收谱通常具有以下特征:首先,它们显示出快速的时间响应,从飞秒到皮秒级别,可以实时观察电子动力学过程;其次,它们通常显示出强烈的吸收增益和再发射效应,使得样品对光的吸收能力增强;最后,瞬态吸收谱还可以提供关于激发态寿命、电荷分离以及非平衡态动力学等信息。
凝聚态物理学中的输运现象研究凝聚态物理学是研究固体和液体等凝聚态物质的性质和行为的科学领域。
在这个广阔而深奥的领域中,输运现象是一个重要的研究方向。
通过理解和探究凝聚态物质中的输运现象,科学家们可以揭示物质内在的性质和在实际应用中的潜力。
输运现象是指物质中电荷、热量、自旋和能量等的传输过程。
这些输运过程涉及到材料中的电子、离子、声子等载流子的运动和相互作用。
凝聚态物理学家通过研究这些输运现象,可以了解物质内部的运动规律,从而提高材料的性能和开发新的应用。
在凝聚态物理学中,研究最广泛的输运现象之一是电导。
电导是电荷传导的能力,通常用电阻率来描述。
根据输运载流子的种类,电导可以分为金属电导、半导体电导和电解质电导等不同类型。
金属电导是指金属中自由电子的传导,半导体电导涉及到电子和空穴的输运,而电解质电导则是由离子的输运引起的。
通过研究和理解材料中电导的性质和机制,可以深入了解材料的导电性能和潜在应用。
除了电导,热导也是凝聚态物理学中的重要研究方向。
热导是指物质中热量的传导能力。
不同于电导,热导既与自由载流子(如电子)的传输有关,也与声子的传输有关。
热导的机制更加复杂,因为热量在凝聚态物质中可以通过导热、电热和辐射热等方式传输。
通过研究热导的性质和机制,科学家们可以提高材料的热导率,改善材料的传热性能,以满足新能源、热管理和热工程等领域的需求。
此外,凝聚态物理学研究还涉及到磁输运现象。
磁输运是指在外磁场作用下,物质中的磁性粒子(如电子自旋)的运动和相互作用。
磁输运的研究对于发展磁性材料的基础和应用具有重要意义。
通过探究磁输运的机制和特性,可以设计新型的磁存储器件、传感器和自旋电子学器件等。
最后,凝聚态物理学中的输运现象研究还涉及到能量输运。
能量输运是指物质中能量的传输过程。
在能源领域,研究能量输运是非常重要的,可以帮助科学家们开发高效的能源材料和设备。
通过改进材料的能量输运性能,可以提高能源转换的效率和降低能源损耗。
电荷物理知识点总结电荷的产生电荷是一种基本粒子,具有正电荷和负电荷两种类型。
正电荷由质子携带,负电荷由电子携带。
在一般情况下,原子核中的质子和电子数目相等,整体上呈中性。
但在一些特殊情况下,原子核会失去或获得电子,从而带有电荷。
另外,一些物质(如金属)由于电子的自由移动而能带电,称为导体。
电荷的感应电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。
当一个电荷存在时,它就会在周围产生电场,而其他电荷在这个电场中会受到力的作用。
根据库仑定律,两个电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比,与它们之间的电荷量成正比。
这表明同号电荷之间的相互作用力是斥力,异号电荷之间的相互作用力是引力。
电荷的输运在导体中,由于电子的自由运动,电荷可以在导体内部自由传播。
当导体两端有电势差时,电荷就会沿着导体内部移动,形成电流。
电流也可以通过电介质的极化传递,形成位移电流。
电荷的分布电荷可以通过感应而分布在物体的表面上,尤其是导体的外部。
根据高斯定律,电场线在导体表面上是垂直的,而导体内部是没有电场的。
这是因为导体内部电子受到库仑力的作用,会在导体表面聚集。
这就是导体内部自由移动电子对电场的屏蔽作用。
电荷的运动在外电场的作用下,电荷会在电场中运动。
由于电场能够做功,所以电荷在电场中会受到电场力的作用而加速。
当电荷在电场中运动时,会产生电流,这就是电磁现象的基础。
电荷物理知识点的应用电荷物理知识点在生活和工业生产中有广泛的应用。
比如,电场的作用是电动机、发电机和变压器等电器设备的基础。
而电荷的感应和分布则是静电助力喷涂、印刷和吸尘等工艺的基础。
电荷输运则是电子学器件和集成电路的基础。
总之,电荷物理知识点是物理学中的重要内容,对于理解电磁现象和应用电磁技术有着重要的意义。
掌握电荷物理知识点,可以帮助人们更好地理解和利用电磁现象,促进科学技术的发展。
金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极1.引言1.1 概述概述部分应该包括对于金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的背景和重要性进行简要介绍。
以下是一个可能的概述部分的内容:概述金属和半导体的接触是电子器件中极为重要的一个领域,而肖特基二极管作为金属和p型半导体接触的一种特殊形式,在微电子技术中具有广泛的应用前景。
肖特基二极管在电子设备中扮演着关键的角色,例如在功率放大器、开关电源和射频设备等电路中被广泛采用。
本文将重点研究金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的特性。
首先,我们将对金属和p型半导体的基本特性进行简要介绍。
由于金属具有良好的电导性能和稳定性,而p型半导体则具有电子空穴载流子的特性,二者的接触将引发有趣的物理现象。
我们将探讨接触形成的过程以及其对于肖特基二极管性能的影响。
进一步,我们将详细探究肖特基二极管的工作原理。
肖特基二极管与传统的PN结二极管不同,其通过金属和p型半导体的接触形成电子势垒,实现了更高的导通速度和更低的漏电流。
我们将讨论肖特基二极管的导通特性以及与常见二极管的比较。
最后,我们将总结金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的特性,并探讨其在现实生活中的应用前景和意义。
了解肖特基二极管的特性和性能,对于研发新型电子器件和解决实际问题具有重要的指导意义。
通过本文的研究,我们希望能够深入理解金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的特性,为相关领域的进一步研究和应用提供有益的参考和指导。
文章结构部分的内容可以编写如下:1.2 文章结构本文将按照如下结构展开对金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的研究和探讨。
首先,引言部分将对本研究的概述进行阐述,介绍金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极的研究背景和意义。
然后,文章将给出具体的研究目的,明确本文研究的目标和方向。
接着,正文部分将分为两个主要部分来讨论金属和p型半导体接触的肖特基二极管阳极。
首先,我们将详细探讨金属与p型半导体接触的基本原理和机制,解释二者接触时所涉及的电子能级和表面态的形成过程。
半导体器件中的电子输运与能带结构在现代电子技术中,半导体器件起着至关重要的作用。
从手机到计算机,从汽车到航空航天,几乎所有现代科技产品都离不开半导体器件。
而半导体器件的性能和行为受到电子输运和能带结构的影响。
本文将简要介绍半导体器件中的电子输运与能带结构,并探索其实际应用。
首先,我们来看看电子在半导体中的输运行为。
半导体材料内部存在两类载流子:电子和空穴。
当半导体材料受到外界电场的作用,载流子将在晶体中移动,形成电流。
这种电流称为载流子输运。
对于电子而言,它们的输运主要遵循两种机制:漂移和扩散。
漂移是指电子在晶体中受到电场力的作用而移动,而扩散是指电子通过热运动的方式从高浓度区域向低浓度区域移动。
这两种机制共同决定了电子在半导体中的输运行为。
而能带结构则是影响电子输运的关键因素之一。
在固体物理学中,能带是描绘电子能量的概念。
它以离散的能级形式存在,且在能带间存在能隙。
半导体的能隙相对较小,介于导体和绝缘体之间。
根据能带结构,可以将半导体分为两类:P型和N型。
P型半导体中掺入了少量的三价杂质元素,例如硼,导致电子数目较少,形成“空穴”。
N型半导体中则掺入了五价杂质元素,例如磷,导致电子数目增多。
这种杂质导致了半导体中的电荷载流子的不平衡,也影响了电子在半导体中的输运行为。
更深入地讲,当半导体形成p-n结时,电子和空穴将发生复杂的相互作用。
在p-n结的接触面上,电子会从N型区域流向P型区域,而空穴则从P型区域流向N型区域。
这种电子和空穴的再组合会产生电流,即使没有外界电场的作用。
这个现象被称为二极管效应,是现代电子学中最基本的元器件之一。
除了二极管外,半导体材料还可以用于制造场效应晶体管(FET)和电子元器件等复杂器件。
在FET中,电子输运的机制与二极管有所不同。
FET的基本结构包括源极、栅极和漏极。
通过在栅极上施加电场,可以控制源极和漏极之间的电流。
这种控制性能使得FET在集成电路设计和信号放大器中得到广泛应用。
电子与声子的输运和相互作用在现代科学技术的发展中,电子与声子的输运和相互作用是一个重要的研究领域。
电子和声子是凝聚态物质中两种不可或缺的基本粒子,它们之间的输运和相互作用关系着物质的性质和功能。
本文将从电子与声子的本质、输运机制和相互作用等方面,探讨它们在凝聚态物质中的重要性和应用前景。
首先,我们先来看一下电子和声子的本质。
电子是原子、分子和固体中负电带电粒子,具有质量和电荷。
而声子是物质中的晶格振动,类似于固体中的“声波粒子”。
与电子相比,声子没有电荷,只具有动量和能量。
电子和声子的输运机制是凝聚态物质中的重要现象。
在固体中,电子的输运主要是靠电子的能量和动量传递来实现。
当一个电子在固体中受到外部电场的作用时,它会通过与晶格中的离子相互作用,从而引起晶格的畸变。
这种畸变会以声子的形式传播,从而传递了电子的能量和动量。
声子的传播可以看作是晶格的振动,一旦声子到了晶体的边界,它会通过散射的方式与外界进行作用,从而实现电子的输运。
电子和声子之间还存在着相互作用。
电子和声子之间的相互作用主要表现在电子的散射过程中。
当电子和声子碰撞时,会发生能量和动量的交换。
这种相互作用在输运过程中起到了重要的调控作用。
例如,在一些高温超导体中,电子和声子之间的相互作用导致了电子对的形成,从而使得超导性的产生和传输。
此外,电子和声子的输运和相互作用也在热电材料和光电材料等应用领域发挥着重要作用。
在热电材料中,通过控制电子和声子的输运机制,可以实现高效的热电转换,将热能转化为电能,从而提高材料的能量利用效率。
而在光电材料中,电子和声子的相互作用也决定了材料对光的吸收和发射特性,从而影响了光电转换效率和光电器件的性能。
综上所述,电子与声子的输运和相互作用是凝聚态物质中的重要现象。
它们之间的相互作用关系着物质的性质和功能,对于研究凝聚态物质的基本特性以及应用前景具有重要意义。
未来,我们可以通过深入研究电子与声子之间的输运和相互作用,开发新的功能材料和器件,推动科学技术的创新和发展。
电流产生原理电流是电荷的流动所产生的流动的电子在导体中的输运过程。
这个过程是由于电子在电场力的作用下进行了做功所引起的。
电流产生原理既可以从宏观角度解释,也可以从微观角度解释。
一、宏观角度解释从宏观的角度来看,电流产生原理可以通过欧姆定律来解释。
欧姆定律表明,在电阻恒定的导体中,电流的大小与电压成正比,与电阻成反比。
这是因为当导体两端施加电压时,电场力使得自由电子受到推动,从而开始在导体中移动,形成电流。
电阻越小,电流就越大;电阻越大,电流就越小。
二、微观角度解释从微观的角度来看,电流产生原理涉及到电子的行为和运动。
在导体中,原子的外层电子较松散,能够自由移动。
当电场力作用下,外层自由电子受到电场力的推动,开始在导体中移动。
这些移动的电子形成了电流。
导体中的电子并不是直线运动,而是在导体内部碰撞和散射。
这些碰撞和散射使得电子的运动方向随机,并且减弱了电流的流动速度。
然而,由于电场力的作用,导体内部仍然存在一个持续不断的电流。
需要注意的是,电流的大小取决于电荷的数量和速度。
电流的单位是安培(A),表示每秒通过导体横截面的电荷量。
电荷的单位是库仑(C)。
因此,电流的产生是由电荷的流动引起的。
电流产生原理在科学和工程中具有广泛的应用。
例如,在家庭中我们常用的电器设备,如电灯、电视、电冰箱等,都是依靠电流的产生来运行的。
此外,电流产生原理也被应用于工业生产、电子技术等领域,是现代社会运行不可缺少的基础。
综上所述,电流产生原理可以从宏观角度和微观角度来解释。
无论是从欧姆定律的角度还是从电子行为的角度,电流都是由外部电场力的作用下,导体内自由电子的运动所产生的。
本文从宏观和微观两个角度对电流产生原理进行了解释,希望能够增加对电流产生原理的理解和认识。
半导体器件物理题库()半导体中的电子浓度越大,则空穴浓度越小。
()同一种材料中,电子和空穴的迁移率是相同的。
()非简并半导体处于热平衡状态的判据是n0p0=ni2。
()PN结空间电荷区宽度随反偏电压的增大而减小。
()MOSFET只有一种载流子(电子或空穴)传输电流。
()平衡PN结中费米能级处处相等。
()双极性晶体管的放大作用是在工作在饱和区。
()要提高双极晶体管的直流电流放大系数α、β值,就必须提高发射结的注入系数和基区输运系数。
()金属与N型半导体接触,如果金属的功函数大于半导体的功函数则形成欧姆接触,反之形成肖特基势垒接触。
()场效应晶体管的源极和漏极可以互换,双极型晶体管的发射极和集电极也是可以互换的。
1.下列固体中,禁带宽度Eg最大的是()A金属B半导体C绝缘体D超导体2.受主杂质电离后向半导体提供()A空穴B电子C质子D中子3.硅中非平衡载流子的复合主要依靠()A直接复合B间接复合C俄歇复合D直接和间接复合4.衡量电子填充能级水平的是()A施主能级B费米能级C受主能级D缺陷能级5.室温下,半导体Si中掺硼的浓度为1014cm3,同时掺有浓度为1.1某1015cm--3的磷,则空穴浓度约为()。
(已知:室温下,ni≈1.5某1010cm-3,570K时,ni≈2某1017cm-3)A1014cm-3B1015cm-3C1010cm-3D105cm-3《半导体器件物理》(A)卷第1页共12页6.MIS结构半导体表面出现强反型的临界条件是()。
(VS为半导体表面电势;qVB=Ei-EF)AVS=VBBVS=2VBCVS=07.晶体管中复合与基区厚薄有关,基区越厚,复合越多,因此基区应做得()A.较厚B.较薄C.很薄8.pn结反偏状态下,空间电荷层的宽度随外加电压数值增加而()。
A.展宽B.变窄C.不变9.平面扩散型双极晶体管中掺杂浓度最高的是()A发射区B基区C集电区10.栅电压为零,沟道不存在,加上一个负电压才能形成电子沟道,该MOSFET为()A.P沟道增强型B.P沟道耗尽型C.N沟道增强型D.N沟道耗尽型三、简答(每题5分,共30分)某半导体中的电荷输运机理?半导体中存在两种基本的电荷输运机理,一种称谓载流子的漂移,漂移引起的载流子流动与外加电场有关;另一种电荷输运现象称谓载流子的扩散,它是由杂质浓度梯度引起的(或理解为有“扩散力”存在引起的电荷输运)。
q:电子电荷;V:外加电压;k:波尔兹曼常数;n:理想因子;I s:饱和电流;J s=I s/Aεr :相对介电常数;ε:真空介电常数;L:阴阳两极间距离()()1122222exp2q V dm mdααϕϕ-⎛⎫⎪⎝⎭*3232*42()exp83FNmSmqEhm hqEϕπϕ⎛⎫-⎪⎪⎝⎭理解薄膜中电荷的输运机制对于分子电子器件的应用具有重要意义,例如分子二极管、分子晶体管和分子存储元件等。
因此,关于金属电极薄膜中电荷的输运机制的研究已成为纳米材料研究中倍受关注的热点课题。
电荷在金属电极-薄膜-金属电极结构中的输运机制主要有直接隧穿、Fowler –Nordheim 隧穿、Schottky 发射效应、Poole-Frankel 效应、跳跃传导(Hopping conduction )及空间电荷限制(SCLC )效应六种,各种输运机制的能带示意图,电流特性公式及电流对温度、电压的依赖关系如表1所示。
直接隧穿和Fowler –Nordheim 隧穿属于非共振遂穿,电流大小均和温度无关,其中直接隧穿适用于小电压范围(eV φ<),电流和电压呈线性关系;Fowler –Nordheim 隧穿适用于较高电压范围(eV φ>),()2ln I V 和1V 呈线性关系。
在小电压范围,美国耶鲁大学Reed G7研究组利用直接隧穿模型研究了饱和烷硫醇自组装薄膜器件在变温条件下的电荷输运机制,并推算出势垒高度φ及衰减系数β。
清华大学陈培毅教授G8等也对烷基硫醇饱和分子结中的电荷输运进行了研究,证实了隧穿为饱和分子结中的主要电荷输运机制。
中国科学技术大学王晓平G9研究组研究了自组装硫醇分子膜输运特征的压力依赖性,分析表明自组装硫醇分子膜输运特征的压力依赖性也主要源于电荷在分子膜中的链间隧穿过程。
在较高电压范围,韩国光州科学研究院Lee G10等观察到饱和烷硫醇自组装薄膜器件电流输运机制由直接隧穿转变为Fowler –Nordheim 隧穿,并研究了不同条件下过渡电压的变化规律。
中科院上海微系统与信息技术研究所董耀旗G11等基于分栅闪存存储器的结构,对多晶硅/隧穿氧化层/多晶硅非平面结构的F-N 隧穿进行了研究。
天津大学胡明教授G12等在研究碳纳米管场发射性能时认为其至少在某一电流密度范围内属于Fowler –Nordheim 遂穿。
直接隧穿和Fowler –Nordheim 隧穿是饱和烷烃自组装薄膜中最常见的两种输运机制,然而对于π共轭分子,由于禁带宽度较小,则有可能是近似共振隧穿机制。
Schottky 发射效应是指在一定温度下, 金属中部分电子将获得足够的能量越过绝缘体的势垒,此过程又称为热电子发射,由电流特性公式可知()2ln I T 和1T 、()ln I 和12V均呈线性关系。
美国匹兹堡大学Perello G13等研究碳纳米管器件时观察到Schottky 发射效应并推算出Schottky 势垒。
北京工业大学聂祚仁G14研究组也通过Schottky 发射效应分析研究了纳米复合W-La 2O 3材料的I-V 曲线并计算了材料的有效逸出功。
如果介质层包含有非理想性结构, 如不纯原子导致的缺陷, 那么这些缺陷将扮演电子陷阱的作用, 诱陷电子的场加强热激发将产生电流,此即为Poole-Frankel 效应。
电流对温度和电压的关系为()ln 1I T ∝和()12ln I V V∝。
西安电子科技大学汪家友教授G15等在研究a-C :F 薄膜电学性能时观察到薄膜在高场区符合Poole-Frankel 机制。
如果介质层缺陷密度很大, 电子的输运将由跳跃传导控制,此时,电流和电压呈线性关系且()ln 1I V T ∝。
美国耶鲁大学周崇武G16等研究Au/Ti/4-thioacetylbiphenyl/Au 分子结时观察到,在负偏压且偏压较小时即属于跳跃传导机制。
新加坡国立大学Nijhuis G17等在研究Ag TS SC 11Fc 2//Ga 2O 3/EGaIn 分子结时也观察到跳跃传导机制。
在自组装薄膜中跳跃传导相对于隧穿机制来说观察到的频率较低,因为目前所研究的分子中长度很少有超过2纳米的。
空间电荷限制效应是指注入具有一定绝缘性电介质中的电子将形成一定的分布,通过这一介质的电流与介质的电导率无关,只是由介质中出现的空间电荷决定, 故称为空间电荷限制电流效应。
由电流特性公式可知空间电荷限制效应中电流和温度无关。
理想条件下,电流对电压依赖关系中电压上的指数是2;在非理想条件下则是一个大于或等于1的数,表中用n表示。
清华大学彭晓峰G18研究组利用空间电荷限制效应解释了KTa0.65Nb0.35O3/SiO2(100)薄膜在高电场强度下的电学性能。
哈尔滨理工大学雷清泉院士G19研究组研究聚酞亚胺薄膜高场电导特性时,根据空间电荷限制电流与温度的关系,求出了聚酞亚胺薄膜的陷阱能级。
影响金属电极-薄膜-金属电极结构中电荷输运机制的因素较多,目前尚没有一个统一的模型来很好地解释这一输运过程。
现有研究多根据薄膜I-V曲线不同的阶段的特征应用这些理论模型进行分段模拟,得到势垒高度、衰减系数等参数,然而不同的小组甚至同一小组多次测量会得到不同的结论。
对于这些报道的差异性,究其原因,一方面是技术上不够成熟,如分子与电极间接触不良、电极间的距离不合适、电极间的分子数目很难控制等;另一方面是由于人们对分子特性及电荷输运机制认识不够,不能很好地指导实验G20。
因此科研工作人员进一步推理、发展这些理论模型就显得尤为重要。
这些理论模型可为科研工作人员探索分子器件的工作原理、寻找不同功能的分子材料及设计不同功能的分子器件提供指导,更好地促进分子电子学的发展。
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