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半导体中载流子的统计分布.ppt


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本章要点:
(1)、理解费米分布和玻尔兹曼分布的前提条件,及费米函数的性质。
(2)、熟悉导带电子和价带空穴浓度的分析推导过程。
(3)、掌握杂质半导体费米能级随杂质浓度和温度的变化关系。
(4)、掌握本征、杂质半导体中载流子浓度的计算。
(5)、简并半导体的简并化条件及简并情况下载流子浓度的计算。
(6)、热平衡态下半导体中载流子浓度满足关系式。
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热平衡状态:在一定的温度下,给定的半导体中载流子的产生和复合同时存在,最后达到一动态平衡。  热平衡载流子浓度 :当半导体处于热平衡状态时,半导体导带电子浓度和价带空穴浓度都保持恒定的值,这时的电子或空穴的浓度称为热平衡载流子浓度。
据前面讨论可知,半导体的导电性与导带中的电子和价带中的空穴的多少密切相关,半导体的其它方面的性质通常也与载流子浓度,本章讨论如何计算载流子浓度问题,分析载流子浓度与哪些因素有关?
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1、k空间量子态的分布
2、状态密度

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载流子的运动
载流子
参与导电的电子和空穴统称为半导体的载流子。
载流子的产生
本征激发电子从价带跃迁到导带,形成导带电子和价带空穴
杂质电离当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子;
当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴
载流子数目增加
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载流子的复合
在导电电子和空穴产生的同时,还存在与之相反的过程,即电子也可以从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态,并向晶格放出一定的能量。
载流子数目减少
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在一定温度下,载流子产生和复合的过程建立起动态平衡,即单位时间内产生的电子-空穴对数等于复合掉的电子-空穴对数,称为热平衡状态。
这时,半导体中的导电电子浓度和空穴浓度都保持一个稳定的数值。处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。
热平衡状态
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实践表明,半导体的导电性与温度密切相关。实际上,这主要是由于半导体中的载流子浓度随温度剧烈变化所造成的。
所以,要深入了解半导体的导电性,必须研究半导体中载流子浓度随温度变化的规律。
因此,解决如何计算一定温度下,半导体中热平衡载流子浓度的问题成了本节的中心问题。
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能量在E→E+dE范围内的电子数(统计方法)
电子填充能级E的几率
N(E)单位体积晶体中在能量E处的电子能级密度
能量为E的状态密度
能量无限小量
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能量为E的电子状态密度(测不准关系)
EC导带底
h普朗克常数
mn*电子的有效质量
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能量为E的空穴状态密度
mp*空穴的有效质量
EV价带顶
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  • 时间2023-03-18